DE3536525A1

DE3536525A1 - Metallische waermeuebertragungsflaeche fuer siedende fluessigkeiten

Info

Publication number: DE3536525A1
Application number: DE19853536525
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz DDR 9048 Karl-Marx-Stadt Eibisch; Claus Dr.-Ing. DDR 8107 Liegau Elle; Ernst Dipl.-Phys. DDR 8027 Dresden Grasreiner; Jens-Peter Dipl.-Phys. DDR 7033 Leipzig Heinß; Peter Dipl.-Ing. DDR 4090 Halle-Neustadt Jung; Günter Prof. Dr.-Ing. DDR 9072 Karl-Marx-Stadt Pursche; Helmut DDR 4020 Halle Rasch; Gerhard Dipl.-Ing. DDR 4090 Halle-Neustadt Rocha; Gotthard Dipl.-Ing. DDR 4020 Halle Saupe; Dietmar Dipl.-Ing. DDR 9072 Karl-Marx-Stadt Steinert; Siegfried Dr.-Ing. DDR 9044 Karl-Marx-Stadt Steinhäuser; Reinhold Dr.sc.nat. DDR 8027 Dresden Weiß
Original assignee: Ilka Luft & Kaeltetechnik
Current assignee: Ilka Luft & Kaeltetechnik
Priority date: 1984-12-29
Filing date: 1985-10-12
Publication date: 1986-06-19
Also published as: DD233641A1

Description

Metallische Wärmeübertragungsfläche für siedende
Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft eine metallische Wärmeübertragungsfläche für siedende Flüssigkeiten mit einer rauhen Oberflächenschicht, insbesondere für Flüssigkeiten mit niedriger Siedetemperatur, wie Sauerstoff, Stickstoff und Kältemittel.
Durch die DE-AS 25 10 580 ist eine Metallschicht an Wärmeübertragungselementen bekannten, die aus einer elektrolytisch aufgebrachten dendritischen Metallschicht besteht. Durch diese Oberflächenstruktur wird eine Verbresserung des Wärmeüberganges an siedende Flüssigkeiten etrzielt. 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 Montahebeanspruchungen macht.
Das hierzu angegebene Verfahren arbeitet mit einem strömenden Elektrolyten bei Temperaturen zwischen 60 und 110°C 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.
Die DE-AS 29 00 453 beschreibt eine galvanische, durch Beschichtung hergestellte Rohroberfläche. In seiner elektrolytischen Lösung sind Graphitteilchen aufgeschwemmt, die als elektrisch leitende Teilchen unter der Einwirkung des elektrischen Stromes von der Oberfläche angezogen werden.
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.
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 Schäden 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.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine beschichtete Wärmeübertragungsfläche zu schaffen, die einen hohen Wärmeübergang an siendende Flüssigkeiten bewirkt, gegenüber Erosionswirkung und Montagebeanspruchung sehr widerstandsfähig, der siedenden Flüssigkeit angepaßt und einfach herstellbar ist.
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 Rohlräumen aufweist, und die in der Mikrostruktur der Oberfläche kerbenreich ausgebildet ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bestehen die elektzrisch nichtleitenden Feststoffteilchen aus Hartstoffen, vorzugsweise harten Oxiden und/oder harten Karbiden. Diese Stoffe besitzen eine hohe Festigkeit und sind damit gegenüber Erosionswirkung und Montagebeanspruchung sehr widerstandsfähig.
Zur Ausbildung einer kerbanreichen Mikrostruktur an der Oberfläche, die besondere günstig für den Wärmeübergang an siedende Flüssigkeiten ist, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, solche Feststoffteilchen einzusetzen, die scharfkantig ausgebildet sind.
Besonders verteilhaft ist der Einsatz von Siliziumkarbiden als Feststoffteilchen. Siliziumkarbidteilchen sind scharfkantig und besonders günstig für die Herstellung der gewünschten Wärmeübertragungsfläche, indem sie die Bildung und das Ablösen der sich beim Sieden bildenden Blasen von der Wärmeübertragungsfläche begünstigen. 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 werden und durch galvanisch oder chemisch abgeschiedenes Metall formschlüssig und stoffschlüssig untereinander und mit dem Grundkörper verbunden werden.
Durch Form, Größe und Schichtdicke der Feststoffteilchen, sowie des abgeschiedenen Metalls, kann die Struktur der Oberflächenschicht variiert und den Eigenschaften der siedenden Flüssigkeit angepaßt werden.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
Ein Kupferrohr wird in einen Kapfprealzelektrolyten gebracht, der in feinverteilter Form Siliziumkarbidteilchen 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 den Feststoffteilchen sowie den Feststoffteilchen abgeschieden.
Durch geeignete Wahl der Verfahrensparameter wird eine etwa 0,3 mm starke Schicht erzeugt, die in ihrem Inneren Hohlräume aufweist, die untereinander durch Kapillaren, bzw. diesen ähnlichen Offnung en, und in Richtung zur siedenden Flüssigkeit durch Poren oder größeren Öffnungen verbunden sind.
Durch das gleichzeitige sedimentative Abscheiden der Siliziumkarbidteilchen und das galvanische Abscheiden von Kupfer ist die Mikrostruktur der D@tailoberfläche der gesamten Struktur von scharfkantigen Siliziumkarbidteilchen durchsetzt.
Durch die Ablagerungsbedingungen bilden sich zwischen den Krabidkristallen und dem verbindenden Kupfer sowie den Karbidkristallen untereinander eine Vielzahl von Korben, die hervorragende Siedekeime bilden. Die kapillare Makrostruktur unterstützt den ständigen Zufluß von Flüssigkeit zu den Siedekeimen und die Abfuhr der Gasblasen. 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.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Metallische Wärmeäbertragungsfläche für siedende Flüssigkeieten mit rauher Oberflächenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht auas metallverbundenen, elektrisch praktisch nichtleitenden Feststoffpartikeln besteht, die in ihrer Makrostruktur eine Vielzahl von untereinander und mit der siedenden Flüssigkeit verbundenen Hohlräumen aufweist und in der Mikrostruktur der Oberflächen kerbenreich @usgebildet ist.
2. Metallische Wärmeäbertragungsfläche nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die elektrisch praktisch nichtleitenden Feststoffteilchen aus Hartstoffen, vorzugsweise harten Oxiden und/oder harten Karbiden bestehen.
3. Metallische Wärmeäbertragungsfläche nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Feststoffteilchen scharfkantig ausgebildet sind.
4. Metallische Wärmeäbertragungsfläche nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Feststoffteilchen aus Siliziumkarbid bestehen.