DD233641A1

DD233641A1 - METALLIC HEAT TRANSFER FLOOR FOR VARIOUS FLUIDS

Info

Publication number: DD233641A1
Application number: DD27214884A
Authority: DD
Inventors: Dietmar Steinert; Claus Elle; Reinhold Weiss; Jens-Peter Heinss; Ernst Grasreiner; Gerhard Rocha; Helmut Rasch; Peter Jung; Gotthard Saupe; Siegfried Steinhaeuser; Guenter Pursche; Karl-Heinz Eibisch
Original assignee: Halle Maschf Veb
Priority date: 1984-12-29
Filing date: 1984-12-29
Publication date: 1986-03-05
Also published as: DE3536525A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine metallische Waermeuebertragungsflaeche fuer siedende Fluessigkeiten mit einer rauhen Oberflaechenschicht. Durch die Erfindung soll eine verschleissfeste, beschichtete Waermeuebertragungsflaeche geschaffen werden, die einen hohen Waermeuebergang an siedenden Fluessigkeiten bewirkt, der siedenden Fluessigkeit angepasst und einfach herstellbar ist. Gemaess der Erfindung besteht die Oberflaechenschicht aus metallverbundenen elektrisch praktisch nichtleitenden Feststoffpartikeln, die in ihrer Mekrostruktur eine Vielzahl von untereinander und mit der siedenden Fluessigkeit verbundene Hohlraeume aufweist. In der Mikrostruktur ist die Oberflaechenschicht kerbenreich ausgebildet. Die Feststoffteilchen sind harte Oxide oder Karbide, insbesondere Siliziumkarbid. Die Feststoffteilchen sind zweckmaessigerweise scharfkantig ausgebildet. Bevorzugtes Anwendungsgebiet sind Waermeuebertrager fuer das Sieden verschiedener Fluessigkeiten, wie z. B. Sauerstoff, Stickstoff, Kaeltemittel und dergleichen.The invention relates to a metallic heat transfer area for boiling liquids having a rough surface layer. By the invention, a wear-resistant, coated heat transfer area is to be created, which causes a high heat transfer to boiling liquids, the boiling liquid adapted and easy to produce. According to the invention, the surface layer consists of metal-bonded electrically practically non-conductive solid particles which have in their meconstructure a plurality of interconnected and with the boiling liquid voids. In the microstructure, the surface layer is formed scored rich. The solid particles are hard oxides or carbides, in particular silicon carbide. The solid particles are expediently sharp-edged. Preferred application are heat transfer media for the boiling of various liquids, such as. As oxygen, nitrogen, Kaeltemittel and the like.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine metallische Wärmeübertragungsfläche für siedende Flüssigkeiten mit einer rauhen Oberflächenschicht.The invention relates to a metallic heat transfer surface for boiling liquids with a rough surface layer.

Characteristic of the known technical solutions

Durch die DE-AS 2510580 ist eine Metallschicht an Wärmeübertragungselementen bekannt, die aus einer elektrolytisch aufgebrachten dendritischen Metallschicht besteht. Durch diese Oberflächenstruktur wird eine Verbesserung des Wärmeüberganges an siedende Flüssigkeiten erzielt. Diese Struktur ist jedoch für den Siedevorgang bei vielen Flüssigkeiten nicht optimal. Nachteilig ist weiterhin die geringe Festigkeit der Oberflächenschicht, was sie wenig widerstandsfähig gegen Erosion und Montagebeanspruchungen macht.From DE-AS 2510580 a metal layer of heat transfer elements is known, which consists of an electrolytically applied dendritic metal layer. This surface structure improves the heat transfer to boiling liquids. However, this structure is not optimal for boiling in many liquids. Another disadvantage is the low strength of the surface layer, which makes them less resistant to erosion and mounting stresses.

Das hierzu angegebene Verfahren arbeitet mit einem strömenden Elektrolyten bei Temperaturen zwischen 60° und 110° und hohen Stromdichten bis zu 1000 A/dm². Es ist damit sehr energieaufwendig und deshalb für die Massenproduktion von Wärmeübertragungsflächen für siedende Flüssigkeiten schlecht geeignet. Ein weiterer Nachteil ist der hohe Investitionsaufwand für die Anlage bei diesen hohen Stromstärken.The method specified here works with a flowing electrolyte at temperatures between 60 ° and 110 ° and high current densities up to 1000 A / dm ² . It is therefore very energy-consuming and therefore poorly suited for the mass production of heat transfer surfaces for boiling liquids. Another disadvantage is the high capital outlay for the system at these high currents.

Die DE-AS 2900453 beschreibt eine galvanisch, durch Beschichtung hergestellte Rohroberfläche. In einer elektrolytischen Lösung sind Graphitteilchen aufgeschwemmt, die als elektrisch leitende Teilchen unter der Einwirkung des elektrischen Stromes von der Oberfläche angezogen werden.DE-AS 2900453 describes a galvanically produced by coating pipe surface. In an electrolytic solution graphite particles are suspended, which are attracted as electrically conductive particles under the action of the electric current from the surface.

Weiterhin wird auf der Oberfläche Metall abgelagert, das diese Graphitteilchen vollständig umschließt. Die hiermit erreichte Oberflächenstruktur ist nicht besonders günstig für die allseitige Ausbildung einer Vielzahl von Siedekeimen und damit einen hohen Wärmeübergang an siedenden Flüssigkeiten.Furthermore, metal is deposited on the surface, which completely encloses these graphite particles. The surface structure achieved with this is not particularly favorable for the formation of a large number of boiling nuclei on all sides and thus a high heat transfer to boiling liquids.

Nachteilig sind weiterhin die stofflichen Eigenschaften des eingelagerten Graphits. Er ist relativ weich, so daß es auch hier bei Montagebeanspruchungen und unter der Wirkung von Erosion zu Schaden und Abtragungen dieser Schicht kommt, wodurch der gewünschte Effekt eines hohen Wärmeübergangs nur teilweise auftritt. Ein weiterer Nachteil ist der hohe Energieaufwand bei der Herstellung.Another disadvantage is the material properties of the embedded graphite. It is relatively soft, so that it comes here during assembly stresses and under the action of erosion damage and erosion of this layer, whereby the desired effect of high heat transfer occurs only partially. Another disadvantage is the high energy consumption during production.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine verschleißfeste Rohroberfläche mit gutem Wärmeübergang mit geringen Herstellungskosten zu schaffen.The aim of the invention is to provide a wear-resistant pipe surface with good heat transfer with low production costs.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine beschichtete Wärmeübertragungsfläche zu schaffen, die einen hohen Wärmeübergang an siedenden Flüssigkeiten bewirkt, gegenüber Erosionswirkung und Montagebeanspruchung sehr widerstandsfähig, der siedenden Flüssigkeit angepaßt und einfach herstellbar ist.The invention has for its object to provide a coated heat transfer surface, which causes a high heat transfer to boiling liquids, very resistant to erosion and assembly stress, adapted to the boiling liquid and is easy to produce.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Oberflächenschicht aus metallverbundenen elektrisch praktisch nichtleitenden Feststoffpartikeln besteht, die in ihrer Makrostruktur eine Vielzahl von untereinander und mit der siedenden Flüssigkeit verbundenen Hohlräumen aufweist, und die in der MikroStruktur der Oberfläche kerbenreich ausgebildet ist.According to the invention the object is achieved in that the surface layer consists of metal-bonded electrically practically non-conductive solid particles having in their macrostructure a plurality of interconnected and with the boiling liquid cavities, and which is formed scored in the microstructure of the surface.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bestehen die elektrisch nichtleitenden Feststoffteilchen aus Hartstoffen, vorzugsweise harten Oxiden und/oder harten Karbiden.In a further embodiment of the invention, the electrically non-conductive solid particles of hard materials, preferably hard oxides and / or hard carbides.

Diese Stoffe besitzen eine hohe Festigkeit und sind damit gegenüber Erosionswirkung und Montagebeanspruchung sehr widerstandsfähig.These materials have a high strength and are therefore very resistant to erosion and assembly stress.

Zur Ausbildung einer kerbenreichen MikroStruktur an der Oberfläche, die besonders günstig für den Wärmeübergang an siedende Flüssigkeiten ist, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, solche Feststoffteilchen einzusetzen, die scharfkantig ausgebildet sind.To form a notched microstructure on the surface, which is particularly favorable for the heat transfer to boiling liquids, it has proved expedient to use such solid particles which are formed sharp-edged.

Besonders vorteilhaft ist der Einsau von Siliziumkarbiden als Feststoffteilchen. Siliziumkarbidteilchen sind scharfkantig und besonders günstig für die Herstellung der gewünschten Wärmeübertragungsfläche, indem sie die Bildung und das Ablösen de sich beim Sieden bildenden Blasen von der Wärmeübertragungsfläche begünstigen.Particularly advantageous is the Einsau of silicon carbides as solid particles. Silicon carbide particles are sharp-edged and are particularly favorable for the production of the desired heat transfer surface by favoring the formation and detachment of the boiling bubbles from the heat transfer surface.

Die Herstellung gelingt insbesondere durch Suspendieren von elektrisch nichtleitenden Feststoffteilchen in einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, wobei diese Feststoffteilchen sedimentativ aus der Flüssigkeit auf dem Grundkörper abgeschieden werder und durch galvanisch oder chemisch abgeschiedenes Metall formschlüssig und stoffschlüssig untereinander und mit dem Grundkörperverbunden werden.The preparation is achieved in particular by suspending electrically nonconducting solid particles in an electrically conductive liquid, wherein these solid particles sedimentatively from the liquid deposited on the body werder and by galvanically or chemically deposited metal positively and cohesively with each other and with the body are connected.

Ausführungsbeispiei

Zur praktischen Ausführung der Erfindung wird ein Kupferrohr in einen Kupfersalzelektrolyten gebracht, der in klein verteilter Form Siliziumkarbid-Teilchen enthält, die wesentlich kleiner als die erzeugte Schichtdicke sind. Während die Siliziumkarbidteilchen in geeigneter Form mit der Rohroberfläche sedimentativ in Verbindung gebracht werden, wird bei üblichen galvanischen Stromdichten das verbindende Kupfer auf der Rohroberfläche und verbindend zwischen dieser und der Feststoffteilchen sowie zwischen den Feststoffteilchen abgeschiedenFor practicing the invention, a copper tube is placed in a copper salt electrolyte containing silicon carbide particles in a small distributed form that are substantially smaller than the layer thickness produced. While the silicon carbide particles are brought into sedimentary contact with the tube surface in a suitable manner, the connecting copper is deposited on the tube surface and connecting between it and the solid particles and between the solid particles at conventional galvanic current densities

Durch geeignete Wahl der Verfahrensparameter wird eine etwa 0,3 mm starke Schicht erzeugt, die in ihrem Innern Hohlräume By a suitable choice of the process parameters, an approximately 0.3 mm thick layer is produced which has cavities in its interior

aufweist, die untereinander durch Kapillaren, bzw. diesen ähnlichen Öffnungen, und in Richtung zur siedenden Flüssigkeit durch Poren oder größeren Öffnungen verbunden sind.which are interconnected by capillaries, or similar openings, and in the direction of the boiling liquid through pores or larger openings.

Durch das gleichzeitige sedimentative Abscheiden der Siliziumkarbidteilchen und das galvanische Abscheiden von Kupfer ist die MikroStruktur der Detailoberfläche der gesamten Struktur von scharfkantigen Siliziumkarbidteilchen durchsetzt.Due to the simultaneous sedimentative deposition of the silicon carbide particles and the electrodeposition of copper, the microstructure of the detailed surface of the entire structure is penetrated by sharp-edged silicon carbide particles.

Durch die Ablagerungsbedingungen bilden sich zwischen den Karbidkristallen und dem verbindenden Kupfer sowie den Karbidkristallen untereinander eine Vielzahl von Kerben, die hervorragende Siedekeime bilden. Die kapillare Makrostruktur unterstützt den ständigen Zufluß von Flüssigkeit zu den Siedekeimen und die Abfuhr der Gasblasen.The deposition conditions form between the carbide crystals and the connecting copper and the carbide crystals with each other a large number of notches, which form excellent Siedekeime. The capillary macrostructure supports the constant inflow of liquid to the boiling germs and the removal of the gas bubbles.

Durch geeignete Prozeßführung sind Makro- und Mikrostrukturen erreichbar, die für den Wärmeübergang der zu verdampfenden Flüssigkeit optimal sind, indem Schichtdicke, Kapillar- und Porengröße sowie die Siedekeimdichte durch die eingelagerten Feststoffteilchen variiert werden.By suitable process management, macro- and microstructures are achievable, which are optimal for the heat transfer of the liquid to be evaporated by layer thickness, capillary and pore size and the boiling seeding are varied by the embedded solid particles.

Claims

Invention claim:

1. Metallic heat transfer surface for boiling liquids with rough surface layer, characterized 'that the surface layer consists of metal-bonded, electrically practically non-conductive solid particles having in their macrostructure a plurality of interconnected and with the boiling liquid cavities and scored in the microstructure of the surfaces is trained.

2. Metallic heat transfer surface according to item 1, characterized in that the electrically practically non-conductive solid particles of hard materials, preferably hard oxides and / or hard carbides.

3. Metallic heat transfer surface according to item 1 and 2, characterized in that the solid particles are sharp-edged.

4. Metallic heat transfer surface according to item 1 to 3, characterized in that the solid particles consist of silicon carbide.