DE2852726C2

DE2852726C2 - Metallic heat exchanger element and method of making the same

Info

Publication number: DE2852726C2
Application number: DE19782852726
Authority: DE
Inventors: Steven Arthur Northbrook Bradley; Kenneth Robert Wheaton Janowski; Ming Shung Des Plaines Shum
Original assignee: UOP LLC
Current assignee: Honeywell UOP LLC
Priority date: 1978-12-06
Filing date: 1978-12-06
Publication date: 1980-07-03
Also published as: DE2852726B1

Description

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man als metallisches Element ein Rohr verwendet und daß man die Schicht aus dem organischen Schaumstoff durch wendeiförmiges Aufwickeln eines Streifens des Schaumstoffmaterials auf die äußere Mantelfläche des Rohres herstellt14. The method according to any one of claims 8 to 13, characterized in that the metallic Element uses a tube and that you can put the layer of organic foam through helically winding a strip of the foam material onto the outer jacket surface of the pipe

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß man durch Plattieren einen metallischen Überzug mit einer Dicke zwischen etwa 635 und 63,5 μπι erzeugt15. The method according to any one of claims 8 to 14, characterized in that a metallic coating with a thickness is obtained by plating generated between about 635 and 63.5 μπι

Die Erfindung betrifft ein metallisches Wärmeaustauscherelement mit einer metallischen, porösen Oberflächenschicht an mindestens einer Oberfläche sovvie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Wärmeaustauscherelements. The invention relates to a metallic heat exchanger element with a metallic, porous surface layer on at least one surface as well as a method for producing such a heat exchanger element.

Bei der Verbesserung von Wärmeaustauscherrohren hat man sich in den letzten Jahren stark auf die Verbesserungen der Möglichkeiten der 2-Phasen-Wärmeübertragung konzentriert, d. h. auf die MöglichkeitIn the improvement of heat exchanger tubes In the last few years one has focused heavily on the improvements in the possibilities of 2-phase heat transfer focused, d. H. on the possibility

der Übertragung von Wärmeenergie unter Umwandlung eines Wärmeaustauschermediums v-on der flüssigen Phase in die Dampfphase. Zur Verbesserung der 2-Phasen-Wärmeübertragung wurden dabei sowohl sogenannte aktive Verfahren als auch sogenannte passive Verfahren angewandt. Zu den passiven Verfahren gehören dabei gewisse Behandlungen bzw. Ausgestaltungen der Oberfläche der Wärmeaustauscherelemente, das Aufrauhen der Oberfläche, das Ausdehnen der Oberfläche, das sogenannte »displaced enhancement« (Verstärkung der Verdrängung), das Herbeiführen verwirbelter Strömungen, die Änderung der Oberflächenspannung und die Beifügung von Zusätzen zu dem Kühlmittel. Zu den aktiven Verfahren gehören dagegen mechanische Hilfsemnchtuvfen, die Oberflächenvibration. die Flüssigkeitsvibration und das Anlegen elektrostatischer Felder.the transfer of thermal energy with conversion of a heat exchange medium from the liquid Phase into the vapor phase. To improve the 2-phase heat transfer, both so-called active methods as well as so-called passive methods are used. To the passive procedure this includes certain treatments or designs of the surface of the heat exchanger elements, the roughening of the surface, the expansion of the surface, the so-called »displaced enhancement« (Intensification of the displacement), the induction of turbulent currents, the change of the Surface tension and the addition of additives to the coolant. Active procedures include on the other hand, mechanical assistance, surface vibration. the liquid vibration and the application of electrostatic fields.

Auf dem Gebiet der Oberflächenbehandlung werden beispielsweise verschiedene Materialien auf die Oberflächen von Wärmeaustauscherrohren aufgebracht, um das Sieden zu Fc dem. Zu den dabei verwendeten Materialien gehören beispielsweise Teflon, an der Oberfläche der Rohre erzeugte Oxide, und Kupferpulver mit einer hohen spezifischen Oberfläche, welches auf Wärmeaustauscherrohre aufgebracht wird. Die Oberflächenbehandlungen verbessern die Benetzbarkeit der Oberflächen und gewährleisten, daß nur eine gennge Überhitzung der Wandung der Warmeaustauscherrohre eintritt, so daß Hystereseerscheinungen beim .Siedevorgang weitgehend vermieden werden können.In the field of surface treatment, for example, various materials are applied to the surfaces applied by heat exchanger tubes to reduce the boiling to Fc dem. Among the used Materials include, for example, Teflon, oxides generated on the surface of the tubes, and copper powder with a high specific surface, which is applied to heat exchanger tubes. the Surface treatments improve the wettability of the surfaces and ensure that only one against overheating of the wall of the heat exchanger tubes occurs, so that hysteresis phenomena during the boiling process can largely be avoided.

Das Aufrauhen der Oberfläche ist ein Verfahren, welches dazu dient, an den Rohroberflächen eine große Anzahl von Siedekernen, d. h. von Störstellen, an denen das Sieden einsetzt, zu erzeugen. Zu diesem Verfahren gehört das mechanische Verformen der Oberfläche des Wärmeaustauscherrohrs zur Erzielung einer großen Anzahl von kleinen Hohlräumen, in die die Kühlflüssigkeit eintreten kann.
Zum Vergrößern der Oberfläche von Wärmeaustauscherrohren werden ferner Rippen an diese angeformt, so daß sich eine große äußere Oberfläche ergibt und die Übertragung großer Wärmemengen ermöglicht wird, wertn die BäsistemperätUf in einem Bereich liegt, in demThe roughening of the surface is a process which is used to generate a large number of boiling nuclei on the pipe surfaces, ie of imperfections at which boiling begins. This process involves mechanically deforming the surface of the heat exchanger tube to create a large number of small cavities into which the cooling liquid can enter.
In order to enlarge the surface of the heat exchanger tubes, ribs are also formed onto them, so that a large outer surface is obtained and the transfer of large amounts of heat is made possible, if the base temperature is in a range in which

ein sogenanntes Filmsieden eintritt. Die Ausbildung von Siedekernen wird jedoch bei Wärmeaustauscherrohren dieses Typs nicht gefördert.so-called film boiling occurs. The training of Boiling cores, however, are not supported in heat exchanger tubes of this type.

Bei dem Verfahren des sogenannten displaced enhancement fördert man das Sieden, indem man die hydrodynamische Instabilität des Kühlmittels mit Vorteil ausnützt, die sich ergibt, wenn offene Strukturen unmittelbar über der Wäimeaustauscheroberfläche vorgesehen werben.In the so-called displaced enhancement process, boiling is promoted by the takes advantage of hydrodynamic instability of the coolant, which results when open structures advertise immediately above the heat exchanger surface.

Bei den Verfahren, bei denen die Oberflächenspannung beeinflußt wird, arbeitet man nach dem Dochtprinzip, welches Kapillarkräfte ausnutzt, während die Beigabe von Zusatzstoffen zu dem Kühlmittel die Netzfähigkeit desselben bezüglich des Wärmeaustauscherrohres beeinflußt.The processes in which the surface tension is influenced are based on the wick principle, which uses capillary forces, while the addition of additives to the coolant the Affected networkability of the same with respect to the heat exchanger tube.

Es wurde auch bereits eine Anzahl von mechanischen Siedehilfen vorgeschlagen, wie z. B. der Einsatz von sich drehenden Kesseln, der Einsatz von sich drehenden Platten und die Einleitung von Gasblasen in der Nähe der Wärmeaustauscheroberfläche.A number of mechanical boiling aids have also been proposed, e.g. B. the use of yourself rotating kettles, the use of rotating plates and the introduction of gas bubbles in the vicinity the heat exchanger surface.

Der Zweck der Erzeugung von Vibrationen im Kühlmittel oder an der Wärmeaustauscherotorfläche besteht darin, aufgrund von Druckänderun^en ·η dem flüssigen Kühlmittel Stellen zu erhalten, an denen der Siedevorgang einsetzt. Schließlich fördert der Einsatz elektrostatischer Felder die Durchmischung im Inneren des Kühlmittels und wird hauptsächlich bei schlechtleitenden und dielektrischen Flüssigkeiten abgewandt.The purpose of generating vibration in the Coolant or on the heat exchanger rotor surface is due to pressure changes · η dem Liquid coolant to get places where the boiling process begins. After all, the effort promotes electrostatic fields the mixing inside the coolant and is mainly in poorly conductive and dielectric fluids.

Von den vorstehend beschriebenen Möglichkeiten ist die Förderung der Entstehung von Siedekernen unter technologischen Gesichtspunkten von besonderem Interesse. Zu den wichtigen Parametern in einem Wärmeaustauscherrohr-Kühlmittel-System gehört dabei die spezifische Wärme des flüssigen Kühlmittels, die spezifische Wärme des Rohrmaterials, der Wärmeübertragungskoeffezient, die latente Verdampfungswärme, die thermische Leitfähigkeit des flüssigen Kühlmittels und des Wärmeaustauscherrohrs, die geometrische Ausbildung der Bereiche mit den Siedekernen, die Temperatur ues Kühlmittels, des Dampfes und der Oberfläche, die Viskosität der Flüssigkeit, die Oberflächenspannung und die Dichte der flüssigen Phase und der Dampfphase.Of the possibilities described above, the promotion of the formation of boiling nuclei is below technological aspects of particular interest. The important parameters in one Heat exchanger tube coolant system includes the specific heat of the liquid coolant, which specific heat of the pipe material, the heat transfer coefficient, the latent heat of vaporization, the thermal conductivity of the liquid coolant and the heat exchanger tube, the geometric formation of the areas with the boiling cores, the Temperature of the coolant, the vapor and the surface, the viscosity of the liquid, the surface tension and the density of the liquid phase and the vapor phase.

Das Phänomen des punktförmigen Siedens bzw. des Siedens im Bereich von Siedekernen ist dabei zweistufig. Zunächst entsteht nämlich in der Flüssigkeit ein Darr.pfbläschen, welches sich dann anschließend bei weiterer Verdampfung der Flüssigkeit ausdehnt. Eine verbesserte Wirksamkeit der Wärmeübertragung kann dabei erreicht werden, werin die Bildung kleinster als Kerne dienender Dampfbläschen kontinuierlich aufrechterhalten werden kann. Hierfür ist aber derzeit eine starke Überhitzung erforderlich. Eine verbesserte Wirksamkeit kann beobachtet werden, wenn die Wärmeenergie durch Vergrößerung bereits existierender Dampfbläschen übertragen wird. Diese Tatsache hat dazu geführt, daß man mit kleinen Hohlräumen arbeitet, die sich als Ausgangspunkte für die Erzeugung kleinster Dampfblasen als sehr wirksam erwiesen haben.The phenomenon of punctiform boiling or boiling in the area of boiling nuclei is included two-stage. First of all, it arises in the liquid a sac, which then expands as the liquid continues to evaporate. One improved efficiency of heat transfer can be achieved by whoin the formation of the smallest Cores serving vapor bubbles can be continuously maintained. There is currently one for this strong overheating required. Improved effectiveness can be observed when the Heat energy is transferred by enlarging existing vapor bubbles. this fact has led to the fact that one works with small cavities, which serve as starting points for the production the smallest vapor bubbles have proven to be very effective.

Die US-PS 33 26 283, 34 54 081. 35 66 514, 38 81 342 Und 39 06 604 beschreiben eine Reihe von Möglichkeiten für eine solche Ausgestaltung der Oberfläche von Wärmeauslauscherrohren zur Erzielung kleiner Hohl· räume.US Pat. Nos. 33 26 283, 34 54 081, 35 66 514, 38 81 342 and 39 06 604 describe a number of possibilities for such a design of the surface of heat exchanger tubes in order to achieve small cavities.

Obwohl die in den genannten Patenten beschriebenen Möglichkeiten der rnecfbilnischeri Herstellung von Stellen, an denen s'sh Dampfbiäschen bilden, Verbesserungen mit sich bringen sollen, leiden die früheren Vorschläge sämtlich an dem Nachteil, daß pro Oberflächeneinheit des Wärmeaustauscherelements bzw. -rohres nur eine relativ geringe Anzahl von Siedekernen entsteht. Dieser Nachteil ergibt sich zwangsläufig aufgrund der Notwendigkeit des Einsatzes entsprechender Werkzeuge und ist bei mechanisch bearbeiteten Oberflächen praktisch nicht zu überwinden. Although the possibilities described in the above-mentioned patents for the production of Places where s'sh vaporises, improvements should bring with it, the earlier proposals all suffer from the disadvantage that pro Surface unit of the heat exchanger element or tube only a relatively small number of Boiling cores arise. This disadvantage arises inevitably due to the necessity of using it appropriate tools and is practically impossible to overcome with mechanically processed surfaces.

Eine wesentlich höhere Wärmeübertragung ergibt sich aufgrund einer wesentlich größeren Dichte der Siedekerne bei einem Wärmeaustauscherrohr, welches gemäß der US-PS 33 84 154 hergestellt ist. Bei diesem Wärmeaustauscherrohr ist eine in spezieller Weise behandelte Oberfläche vorgesehen, nämlich eine Oberfläche aus durch Sintern mit der Rohroberfläche verbundenen Kupferpulverpartikeln. Durch diese Oberflächenbehandlung läßt sich eine sehr hohe Dichte von Siedekernen an der Rohroberfläche erreichen, wobei in der offenporigen Matrix der gesinte-.n Oberflächenschicht Dampf als standige Quelle !ar immer neue Dampfbläschen vorhanden ist. Andererseits bietet ein Rohr mit einer derartigen gesinterten Schicht fertigungstechnisch Schwierigkeiten. Im einzelnen wira bei dem Verehren zur Herstellung der bekannten Wärmeaustauscherrohre Kupferpulver mit einem organischen Bindemittel gemischt und auf die Rohroberfläche aufgespritzt. Das so beschichtete Rohr wird dann einer Wärmebehandlung mit hohen Temperaturen unterworfen. Dabei zersetzt sich das organische Bindemittel, während die Kupferpartikel miteinander und mit dem Grundmaterial des Rohres zusammensintern. Die Sintertemperatur liegt dabei bei etwa 960⁰C, d.h. ungefähr 100⁰C unter dem Schmelzpunkt für Kupfer. Diese Hochtemperatur-Wärmebehandlung ist nicht nur schwierig durchzuführen, sondern kann auch zu einer ernsthaften Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften der als Ausgangsmaterial verwendeten Rohre führen. Diese Probleme lassen sich zwar durch Verwendung von Legierungen mit guten Rektristallisation: Jngenschaften und gutem Kornwachstum weitgehend überwinden; andererseits verursachen derartige Legierungen jedoch zusätzliche Kosten und haben eine niedrigere thermische Leitfähigkeit.A significantly higher heat transfer results from a significantly greater density of the boiling cores in a heat exchanger tube which is manufactured in accordance with US Pat. No. 3,384,154. In this heat exchanger tube, a specially treated surface is provided, namely a surface made of copper powder particles connected to the tube surface by sintering. This surface treatment enables a very high density of boiling nuclei to be achieved on the pipe surface, with steam being a constant source of ever new steam bubbles in the open-pored matrix of the sintered surface layer. On the other hand, a pipe with such a sintered layer presents difficulties in terms of production engineering. In particular, copper powder is mixed with an organic binder and sprayed onto the surface of the pipe in the veneration for the production of the known heat exchanger pipes. The tube coated in this way is then subjected to a heat treatment at high temperatures. The organic binder decomposes while the copper particles sinter together with each other and with the base material of the pipe. The sintering temperature is around 960 ^° C., ie around 100 ^° C. below the melting point for copper. This high-temperature heat treatment is not only difficult to carry out, but can also lead to a serious deterioration in the mechanical properties of the pipes used as the raw material. These problems can be largely overcome by using alloys with good rectrystallization properties and good grain growth; on the other hand, however, such alloys cause additional costs and have a lower thermal conductivity.

Ausgehend vom Stand der Technik und den vorstehend aufgezeigte,! Problemen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Wärmeaustauscherelement und ein Verfahren zum Herstellen desselben anzugeben, bei dem eine sehr hohe Dichte von Siedekernen mit vergleichsweise geringem Kostenaufwand und ohne Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften des als Ausgangsmaterials verwendeten Grund°'eTients bzw. Rohres erreichbar ist.Based on the prior art and the ones shown above! Problems lie with the invention the object of an improved heat exchanger element and a method for manufacturing the same to indicate, in which a very high density of boiling nuclei with comparatively low cost and without affecting the mechanical properties of the raw material used Grund ° 'eTients or Rohres can be reached.

Diese Aufgabe wird bei einem metallischen Wärmeaustauscherrohr der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Oberflächenschicht ein zusammenhängendes, metallisches Netzwerk aufweist, welches mit der Oberfläche des Wärmeaustauscheruements innig und gut wärmeleitend verbunden ist.This object is achieved in accordance with a metallic heat exchanger tube of the type described at the outset the invention achieved in that the surface layer is a cohesive, metallic network has, which is intimately and good heat conducting with the surface of the Wärmeaustauscheruements connected is.

Dabei hat sich zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauscherelernents ein Vet fahren bewährt, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man auf einer Oberfläche eines metallischen Elements eine Schicht aus einem organischen, insbesondere offenporigen, Schaumstoff mit netzartiger Struktur aufbringt und daß man die freiliegenden Oberflächenbereiche des Schaumstoffs derart mit einem Metall plattiert, daß manTo produce a heat exchanger element according to the invention, a Vet drive has proven itself, which is characterized in that one on a surface of a metallic element Applying a layer of an organic, in particular open-pored, foam with a network-like structure and that the exposed surface areas of the foam are plated with a metal in such a way that

ein zusammenhängendes, metallisches Netzwerk erhält, welches mit der Oberfläche des metallischen Elements fest verbunden ist und diese überdeckt.a coherent, metallic network is obtained, which is connected to the surface of the metallic element is firmly connected and covers it.

Erfindungsgemäß wird also ein Wärmeaustauscher* rohr eine Platte, oder die Oberfläche eines änderen Wärmeauslauscherelementes vorzugsweise mit einem netzwerkartigen offenzclligeh, organischen Schaumstoff beispielsweise einem Polyurethanschaum, bedeckt. Der Schaumstoff kann dabei in Form von dünnen Streifen oder Bändern aufgebracht werden, welche wendelförmig um ein Rohr herumgelegt werden. Der Schaumstoff kann ferner in Form eines Schaluches vorliegen, welcher dann über ein Rohr gezogen wird. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Schaumstoffbeschichtung auf die Oberfläche des Rohres oder dergleichen aufzubringen, während sie aufschäumt, so daß angrenzend an das metallische Wä'meaustauscher-Gn6nC According to the invention, a heat exchanger tube, a plate, or the surface of another heat exchanger element is preferably covered with a network-like, open, organic foam, for example a polyurethane foam. The foam can be applied in the form of thin strips or ribbons, which are placed helically around a pipe. The foam can also be in the form of a tube, which is then pulled over a pipe. There is also the possibility of applying the foam coating to the surface of the pipe or the like while it is foaming so that it is adjacent to the metallic heat exchanger Gn6nC

aHSiCtiCaHSiCtiC

VOHVOH

gCSCniGSScilcngCSCniGSScilcn

Zellenwänden vorhanden sind. Ein offenzelliger Schaumstoff hat den Vorteil, daß die Wärmetauscherflüssigkeit bzw. das Kühlmittel nach der Fertigstellung des Wärmeaustauscherelementes unmittelbar bis zur Oberfläche des Grundmaterials vordringen kann.Cell walls are in place. An open-cell foam has the advantage that the heat exchanger fluid or the coolant after the completion of the heat exchanger element immediately up to Surface of the base material can penetrate.

Erfindungsgemäß bildet der Schaumstoff mit seiner netzwerkartigen Struktur ein Substrat bzw. eine Kernstruktur, auf das bzw. auf die insbesondere Kupfer in mehreren Schritten aufplattiert wird. Dabei wird das Metall, insbesondere das Kupfer, zunächst unter Anwendung bekannter Technologien stromlos aufplattiert. Nachdem auf diese Weise die Oberflächen des organischen Schaumstoffs durch stromloses Plattieren leitfähig geworden sind, erfolgt das übliche Elektroplattieren, insbesondere mit Kupfer, bis ein durchgehender metallischer Überzug fertiggestellt ist. Der Schaumstoff kann dann, nachdem das fertigplattierte Wärmeaustauscherelemente gewaschen und getrocknet ist. pyrolysiert werden.According to the invention, the foam with its network-like structure forms a substrate or a Core structure onto which, in particular, copper is plated in several steps. This will be Metal, in particular copper, is initially electrolessly plated using known technologies. After doing this, the surfaces of the organic foam by electroless plating have become conductive, the usual electroplating, especially with copper, is carried out until a continuous metallic coating is completed. The foam can then after the finished clad heat exchanger elements washed and dried. be pyrolyzed.

Bei der versuchsweisen Herstellung von metallischen Wärmeaustauscherrohren gemäß der Erfindung wurde mit einem eine netzwerkartige Struktur aufweisenden Polyurethanschaum gearbeitet, bei dem 97 Vol.-% aus Poren bestanden, deren Größe so geregelt wurde, daß sich pro cm 39 Poren ergaben. Im einzelnen wurden Schaumstoffstreifen mit einer Breite von etwa 2,54 cm und einer Dicke von etwa 1,6 mm wendelförmig um die Rohre herumgewickelt und während des Plattierens mittels elastischer Bänder an den Rohren gesichert. Der Schaumstoff wurde dabei zunächst mit einem im Handel erhältlichen Reinigungsmittel bei einer Temperatur von 60⁰C gereinigt. Nach dem Waschen wurde die Oberfläche bei Raumtemperatur mit einem im Handel erhältlichen Neutralisierungsmittel neutralisiert. Nach ■dem Spülen mit Wasser wurde die Reinigung dann bei Raumtemperatur mit einer 15%-igen HCl-Lösung forgesetzt- Der so vorbehandelte Schaumstoff wurde dann erneut gewaschen und bei Raumtemperatur mit einem im Handel erhältlichen Sensibilisierungsmittel sensibilisiert, erneut gewaschen und dann bei Raumtemperatur mit einem im Handel erhältlichen Aktivierungsmittel aktiviert- Schließlich wurde die Anordnung noch zweimal mit Wasser gespült und getrocknet.In the experimental production of metallic heat exchanger tubes according to the invention, a network-like structure having a polyurethane foam was used in which 97 vol .-% consisted of pores, the size of which was controlled so that 39 pores were per cm. Specifically, strips of foam about 2.54 cm wide and about 1.6 mm thick were helically wrapped around the tubes and secured to the tubes with elastic bands during plating. The foam was initially cleaned with a commercially available detergent at a temperature of 60 ^0C. After washing, the surface was neutralized at room temperature with a commercially available neutralizing agent. After rinsing with water, cleaning was then continued at room temperature with a 15% HCl solution. The foam pretreated in this way was then washed again and sensitized at room temperature with a commercially available sensitizer, washed again and then at room temperature with a Commercially available activator activated- Finally, the assembly was rinsed two more times with water and dried.

Das stromlose Plattieren erfolgte bei einer Temperatur zwischen 21 und 24°C mit einer im Handel erhältlichen Elektroplattierlösung. Das stromlose Plattieren wurde solange durchgeführt, bis der Schaumstoff elektrisch ausreichend leitfähig war, um seine Leitfähigkeit mit einem Spannungs-Ohm-Messer zu messen. Nach dem Waschen und Trocknen des stromlos vorpiattiertcn Rohres wurde, dieses in einer Standard-Kupfersulfat-Elektroplattierlösung Unter Verwendung einer Kupfcrclcktrodc und einer Gleichspannung eleklroplalliefi. Das Elektroplattieren wurde forigesetzt, bis der KUpferüberzüg auf derri Schaumstoff eine ausreichende Festigkeit besaß, Um eine normale Handhabung des Wärmeaustauscherrohres zu gestatten.
Die Prüfung der Wärmeaustauschereigenschaften desElectroless plating was done at a temperature between 21 and 24 ° C with a commercially available electroplating solution. Electroless plating was carried out until the foam was sufficiently electrically conductive to measure its conductivity with a voltage ohm meter. After washing and drying the electrolessly pre-plated tube, it was electroplated in a standard copper sulfate electroplating solution using a copper tube and DC voltage. Electroplating was continued until the copper plating on the foam was sufficiently strong to permit normal handling of the heat exchanger tube.
The examination of the heat exchanger properties of the

ld plattierten Rohres in einem im Handel erhältlichen Freon enthaltenden Kühlmittel zeigte eine beträchtliche Verbesserung bezüglich der Siedekerne der Oberflächenschicht im Vergleich zu üblichen Rippenrohren. Die Siedecharakteristik war auch handelsüblichen Rohrenld clad tube in a commercially available one Coolant containing freon showed a considerable improvement in the boiling nuclei of the surface layer compared to conventional finned tubes. The boiling characteristic was also that of commercial pipes

is überlegen, bei denen eine erhöhte Konzentralion von Siedekernen entsprechend den Lehren der US-PS 39 06 604 verwirklicht war. Eine Überprüfung deris superior to those with an increased concentration of Boiling cores according to the teachings of US-PS 39 06 604 was realized. A review of the

einem Rohr gemäß der US-PS 33 84 154 zeigte ferner, daß die Kernbildung an der plattierten Schaumstoffoberfläche derjenigen bei gesinterten Kupfer-Oberflächenbeschichtungen sehr ähnlich war.a pipe according to US-PS 33 84 154 also showed that the core formation on the clad foam surface was very similar to that of sintered copper surface coatings.

Anschließend wurde dann die Wirkung der Pyrolyse des Polyurethanschaums auf die Oberflächenstruktur und die Siedeeigenschaften untersucht. Zu diesem Zweck wurde das plattierte Wärmeaustauscherrohr bis zur νοίί «tändigen Pyrolyse des Polyurethanschaums im Laboratorium mit einer Gasflamme erhitzt. Eine optische Untersuchung und eine Abtastung mit dem Elektronenmikroskop zeigte, daß der aufplattiertc Kupferüberzug nach der Pyrolyse eine Anzahl von sehr kleinen Poren aufwies. Diese Poren waren von unterschiedlicher Größe, wobei die größte Abmessung bei etwa 50 μπι lag. Wahrscheinlich entstanden die Poren durch den Druck bei der Pyrolyse des organischen Substrats.This was followed by the effect of pyrolysis of the polyurethane foam on the surface structure and investigated the boiling properties. For this purpose, the clad heat exchanger tube was up for constant pyrolysis of the polyurethane foam in the Laboratory heated with a gas flame. An optical examination and a scan with the Electron microscope showed that the plated copper coating after pyrolysis showed a number of very high had small pores. These pores were of various sizes, with the largest dimension was at about 50 μπι. Probably the originated Pores due to the pressure during pyrolysis of the organic substrate.

Siedetests mit dem erfindungsgemäßen Wärmeaustauscherrohr nach der Durchführung der Pyrolyse zeigten bei Verwendung des gleichen Kühlmittels eineBoiling tests with the heat exchanger tube according to the invention after the pyrolysis has been carried out showed a when using the same coolant

■to verbesserte Leistung im Vergleich zu der Leistung vor der Durchführung der Pvrolvse. Dies ist unzweifelhaft auf die sehr große Anzahl von feinsten Siedekernen zurückzuführen, die sich aufgrund der bei der Pyrolyse entstandenen Porosität ergeben. Da die Pyrolyse von Polyurethan bei Temperaturen zwischen 302 und 482° C durchgeführt werden kann, ergaben sich auch keine Probleme mit einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des Kupferrohrs, wie sie bei näher am Schmelzpunkt des Kupfers liegenden Temperaturen zu■ to improved performance compared to the performance before carrying out the pvrolvse. This is undoubtedly due to the very large number of the finest boiling nuclei due to the porosity resulting from the pyrolysis. Since the pyrolysis of Polyurethane can be carried out at temperatures between 302 and 482 ° C, there were also none Problems with a deterioration in the mechanical properties of the copper pipe, as seen at closer to Melting point of the copper lying temperatures

so beobachten sind.so are watching.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.Further details and advantages of the invention are the subject of subclaims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigtThe invention is hereinafter based on a Drawing explained in more detail. It shows

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung eines Metallrohres beim Umwickeln desselben mit einem Schaumstoffstreifen; F i g. 1 is a perspective view of a metal pipe when wrapping the same with a foam strip;

Fig.2 eine Seitenansicht des mit Schaumstoff umwickelten und dann plattierten Rohres beim Pyrolysieren des Schaumstoffs;Fig.2 is a side view of the with foam wrapped and then clad pipe while pyrolysing the foam;

Fig.3 eine Mikrophotographie eines Teils der paktierten Oberfläche des Rohres gemäß F i g. 2 vor der Duchführung der Pyrolyse undFigure 3 is a photomicrograph of part of the pacted surface of the pipe according to FIG. 2 before the pyrolysis and

Fig.4 eine Mikrophotographie eines Teils der plattierten Oberfläche des Rohres gemäß F i g. 2 nach der Durchführung der Pyrolyse.Figure 4 is a photomicrograph of a portion of the plated surface of the tube of Figure 4. 2 after the pyrolysis has been carried out.

Im einzelnen ist in Fig. 1 der Zeichnung ein Kupferrohr 10 dargestellt, welches sorgfältig gereinigtIn detail, a copper pipe 10 is shown in Fig. 1 of the drawing, which is carefully cleaned

ist und welches gerade mit einem Streifen 12 aus einem netzwcrkartigen Polyurcihanschaum oder aus einem anderen organischen, offen/eiligen Schaunifstoffmaterial umwickelt wird. Der Anfang des Schaumsloffstrcifcns ist in Fig. I mit mechanischen Mitteln, beispielsweise mittels eines elastischen Bandes 14, festgehalten. Das !i'iderc Ende des Schaumsioffsireifens 12 wird nach dem Öccnden des Umwickeins in ähnlicher Weise festgelegt. Wenn das Rohr fertig mit Schaumstoff umwickelt ist, wird es zunächst stromlos mit Kupfer plattiert und dann elcktroplalticrt, wie dies vorstehend beschrieben wurde, wobei das Plattieren bis zu einer Schichtdicke zwischen etwa 6.35 Und 63,5 μηι erfolgt, die ausreichend erscheint.is and which is straight with a strip 12 of a network-type polyurethane foam or from a other organic, open / urgent schaunifstoffmaterial is wrapped. The beginning of the foam molding is in Fig. I with mechanical means, for example by means of an elastic band 14 held in place. The! I'iderc end of the foam tire 12 is after determined in a similar manner to the opening of the wrapping. When the pipe is finished with foam is wrapped, it is first electrolessly plated with copper and then electroplalticrt, as above has been described, the plating up to a layer thickness between about 6.35 and 63.5 μηι takes place, the seems sufficient.

[•ig.2 zeigt das Rohr IO nach dem Plattieren des Schaumstoffs mit einem KUpfcrübcrzug 18. Obwohl ein solches Rohr auch in den Obcrflächcnbereichen 18v, wo keine Pyrolyse des Schaumstoffs durchgeführt wurde, bereits hervorragende Siedecigenschaften zeigt, haben Untersuchungen ergeben, daß eine beträchtliche Leislungsvcrbesscrüng dann erreicht wird, wenn mit Hilfe eines Brenners 20 eine Pyrolyse des Sehaumstoffmatcrials herbeigeführt wird, wie dies für die Obcrflächenbereichc 18bgilt.[• Fig.2 shows the pipe IO after the plating of the Foam with a head cover 18. Although a such a tube also in the surface areas 18v where no pyrolysis of the foam was carried out, already shows excellent boiling properties, studies have shown that a considerable improvement in performance is achieved when with the aid of a burner 20 a pyrolysis of the foam material is brought about, as is the case for the surface areas 18b.

Fig. 3 zeigt in etwa 100-facher Vergrößerung eine Mikrophotographie eines Oberflächenbereichs 18;) des Rohres in F i g, 2, Man sieht, daß der aüfplattierte Kupfcrübcrzug den als Kernslruklur darunter befindlichen Schaumstoff vollständig umschließt.Fig. 3 shows an approximately 100-fold enlargement Photomicrograph of a surface area 18;) of the tube in Fig. 2, It can be seen that the plating Copper cover is the core layer below Foam completely encloses.

Fig.4 zeigt in etwa 100-fachcr Vergrößerung eine Mikrophotographie eines Obcrflächcnbercichs 186 des Rohres in F i g. 2, wo eine Pyrolyse durchgeführt wurde.FIG. 4 shows, enlarged approximately 100 times, a photomicrograph of a surface area 186 of the pipe in FIG. 2, where pyrolysis has been carried out.

in Vergleicht man die Fi g. J und 4, so sieht man, daß der Kiiplerüberztig zur Bildung von Porin 18c und Rissen I8f/ neigt, wenn die Gase des Schaumstoffsubstrats bei der Pyrolyse mit entsprechendem Druck zu entweichen suchen. Letztlich ergeben sich also durch die PyrolyseIf one compares the Fi g. J and 4, you can see that the Kiiplerüberztung to the formation of porin 18c and cracks I8f / tends when the gases of the foam substrate at try to escape the pyrolysis with the appropriate pressure. Ultimately, then, result from pyrolysis

ti Poren, die noch kleiner sind als die Poren, welche sich, wie dies Fig.3 zeigt, allein aufgrund der netzwerkarligen Struktur des Schaumstoffs ergeben. Diese zusätzlichen i'orcn erhöhen die Anzahl der Siedekcrnc beträchtlich und ermöglichen das Einschließen von Dampf im Inneren des Kupfcrskcletis, welches nach der pyrolytischcn Zersetzung des Schaumstoffsubstrats im wesentlichen hohl ist.ti pores that are even smaller than the pores that are as shown in Fig.3, solely because of the network-related Structure of the foam result. These additional elements increase the number of boiling plates considerable and allow steam to be trapped inside the copper shell, which after the pyrolytic decomposition of the foam substrate is essentially hollow.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

OQOQ

Z-(JZ- (J

Patent claims:

I. Metallic heat exchanger element with a metallic, porous surface layer at least one surface, characterized that the surface layer has a cohesive, metallic network, which is intimate with the surface of the heat exchanger element and conducts heat well connected is

Z heat exchanger element according to claim 1, characterized in that the network as continuous metallic cover is formed over a network-like core structure.

3. Heat exchanger element according to claim 2, characterized in that the core structure is a organic foam is

4. Heat exchanger element according to claim 2, characterized in that the core structure is hollow is

5. Heat exchanger according to claim 2 and 4, characterized in that the metallic coating has a large number of small openings through which the outside of the cover communicates with the hollow interior thereof.

6. Heat exchanger element according to one of the Claims 2 to 5, characterized in that the coating has a thickness between approximately 6.35 and 63.5 μπι having.

7. Heat exchanger element according to one of claims 1 '^; s 6, characterized in that it is designed as a tube and that the surface layer has the shape of a shell surrounding the tube.

8. Method of making a heat exchanger element with a porous surface promoting the formation of vapor polases according to one of the Claims I to 7, characterized in that one on a surface of a metallic element a layer made of an organic, in particular open-pored. Foam with a net-like structure applies and that the exposed surface areas of the foam so with a Metal plated so that a coherent, metallic network is obtained, which is connected to the Surface of the metallic element is firmly connected and covers it.

9. The method according to claim 8, characterized in that that the leveling begins first by means of an electroless plating process and then continue as an electroplating process.

10. The method according to claim or 9, characterized characterized in that the metallic element is cleaned before the plating process is carried out.

I1. Method according to one of Claims 8 to 10, characterized in that the metallic element provided with the metallic network is used heated after plating to decompose the organic foam by pyrolysis.

12. The method as claimed in claim 1!. Characterized in that ₍ the metallic coating produced by plating is made so thin that it is broken through at some points by the gases produced during pyrolysis, so that pore-shaped openings are created,

13. The method according to claim 11 or 12, characterized characterized in that one is heating to one Performs temperature less than 482 "

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