JPH0765230B2 - 金属表面における多孔質層の形成方法 - Google Patents

金属表面における多孔質層の形成方法

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JPH0765230B2
JPH0765230B2 JP61221065A JP22106586A JPH0765230B2 JP H0765230 B2 JPH0765230 B2 JP H0765230B2 JP 61221065 A JP61221065 A JP 61221065A JP 22106586 A JP22106586 A JP 22106586A JP H0765230 B2 JPH0765230 B2 JP H0765230B2
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    • F28F2200/005Testing heat pipes

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、金属表面における多孔質層の形成方法に係わ
り、特に、熱交換器の伝熱面やヒートパイプのウィック
を形成する際に用いて好適な金属表面における多孔質層
の形成方法に関するものである。
「従来の技術」 一般に、熱交換器等においては、加熱流体と被加熱流体
とを金属壁によって分離し、加熱流体の熱を前記金属壁
を介して被加熱流体へ伝達するようにしている。
一方、このような熱交換を行う場合に、その熱交換効率
を高めるための有効な手段として、以下に示す方法が挙
げられている。
(1)壁の伝熱面積を大きくする。
(2)流体の核沸騰を起こしやすくする。
(3)流体に乱流を発生させやすいようにする。
そして、これらの方法のうち、前記(2)の核沸騰を積
極的に利用することが最も効果的であるとされている。
そこで従来では、核沸騰の核を生成しやすくするため
に、前記壁の表面、特に、加熱流体が接触させられる側
の面に、焼結あるいは鑞付け等により多孔質層を形成す
ることが行われている。
「発明が解決しようとする問題点」 本発明は、前述した従来の技術における次のような問題
点を解決せんとするものである。
すなわち、金属壁の表面に、鑞付けや焼結によって多孔
質層を形成するに際して、前記金属壁の表面が平面であ
る場合には比較的容易に実施可能であるが、例えば、伝
熱管の内面のように小径な管状物の内面への適用が困難
であり、したがって、適用可能な範囲が制限されてしま
うといった問題点である。
このような問題点に鑑み、本願出願人は、金属製基体の
表面に疎水性の薄膜を形成し、該金属製基体を鍍金液中
に浸すとともに、該金属製基体を陰極として、前記鍍金
液中に配設された不溶性金属からなる陽極との間で電気
鍍金を行うことにより、前記金属製基体の表面に多孔質
層を形成する方法を既に提案した。
この技術は、前述した条件のもとに電気鍍金を行うこと
により、鍍金液中の水分を分解して酸素の微細気泡を生
成するとともに、該微細気泡を金属製基体の表面に付着
させ、該微細気泡を包み込むように鍍金液中の析出金属
を金属製基体の表面に成長させることにより、前記金属
製媒体の表面に、微小径の空孔を有する多孔質層を形成
するようにしたものである。
これによって、小径管の内面といった狭隘部へ多孔質層
を容易に形成することができ、かつ、高い伝熱効率を得
ることができるようになったが、さらなる伝熱効率の向
上が要望されている。
「問題点を解決するための手段」 本発明は、前述した要望のもとになされたもので、特
に、疎水性を有する薄膜が形成された金属製基体の表面
を鍍金液中に浸し、該鍍金液中に発泡物質を混入して微
細気泡を生成するとともに、該微細気泡を前記金属製基
体の表面近傍に供給しつつ、該金属製基体を陰極とし
て、前記鍍金液中に配設した陽極との間で電気鍍金を行
うことを特徴とする。
「作用」 本発明に係わる方法によって金属表面に多孔質層が形成
される機構は、次のように考えられる。
金属製基体は、その表面に形成された疎水性の薄膜によ
り鍍金液に対する濡れ性が悪くなっていることから、該
金属製基体の近傍に供給された微細気泡が金属製基体の
表面に付着する。そして、電気鍍金の進行に伴って、金
属製基体の表面に電析金属が成長するが、前述したよう
に金属製基体の表面に気泡が付着しているために、前記
電析金属は気泡を包み込むように成長し、これによって
金属製基体の表面に微細な狭口空孔が形成される。ま
た、前記微細気泡が発泡物質によって生成されることか
ら、高密度の微細気泡が金属製基体の表面に供給され
て、前述した狭口空孔が効率よく形成される。
「実施例」 以下、本発明を伝熱管に適用した一実施例に基づき説明
する。
まず、本発明を実施するための装置について説明する。
該装置は、第1図に示すように、鍍金液貯蔵容器1と、
伝熱管2の両端部に液密状態で取り付けられるととも
に、該伝熱管2の内部に連通させられたチャンバ3・4
と、該両チャンバ3・4と前記鍍金貯蔵容器1とを連絡
する鍍金液供給管5および鍍金液回収管6と、前記鍍金
液供給管5に取り付けられた圧送ポンプ7と、該圧送ポ
ンプ7の下流側に設けられたフローメータ8と、前記伝
熱管2の内部に配設された電極棒9と、該電極棒9と伝
熱管2とに電気的に接続された直流電源10と、前記鍍金
液貯蔵容器1に連設され、該鍍金液貯蔵容器1内の鍍金
液中に発泡物質を添加するホッパ11と、前記鍍金液回収
管6の途中に設けられたフィルタ12と、鍍金液貯蔵容器
1に取り付けられて、その内部の鍍金液を撹拌する撹拌
装置13とを備えている。
前記伝熱管2は、本実施例では銅管が用いられ、また、
鍍金液として硫酸銅溶液、さらに、発泡物質として炭酸
銅が用いられている。
前記電極棒9は、本実施例ではTi表面に白金被覆加工し
た不溶性電極が用いられており、図示してないが、伝熱
管2の内面に介装される電気絶縁材料によって形成され
たスペーサにより、あるいは、両端部に張力が加えられ
ることにより、前記伝熱管2の中心軸線上に保持されて
いる。
前記直流電源10は、前記伝熱管2を陰極とし、かつ、前
記電極棒9を陽極とするように電流を供給するようにな
っており、この電流は、単純な直流電流、断続電流、通
常のパルス電流、PR電流等が用いられる。
次いで、前述した構成を有する装置の作用とともに、本
発明方法を説明する。
まず、油、塗料等の疎水性物質を溶媒に分散あるいは溶
解させて形成した溶液を、伝熱管2の内面全面に付着さ
せて疎水性の薄膜を形成したのちに、該伝熱管2の内部
に電極棒9を挿入位置決めし、また、伝熱管2の両端部
に、鍍金液供給管5および鍍金液回収管6が取り付けら
れたチャンバ3・4を取り付け、さらに、伝熱管2と電
極棒9との間に直流電源10を接続する。
前記疎水性の薄膜の厚さは、疎水性物質の種類によって
も異なるが、好適な範囲は0.1μm〜5μmである。こ
の範囲以下であると後述する空孔の生成率が低下し、以
上であると絶縁性が高くなって均一な鍍金層が得られな
くなるおそれがある。
これより、鍍金液貯蔵容器1内の鍍金液を撹拌装置13に
よって均一に撹拌したのちに、該鍍金液を圧送ポンプ7
によって一方のチャンバ3へ向けて送り出して、第1図
に矢印(イ)で示すように、鍍金液を、鍍金液貯蔵容器
1から、鍍金供給管5、一方のチャンバ3、伝熱管2内
部、他方のチャンバ4、鍍金液回収管6を経て、再度鍍
金液貯蔵容器1に戻るように循環させる。
この操作とともに、鍍金液貯蔵容器1において、ホッパ
11から、発泡物質である炭酸銅を鍍金液としての硫酸銅
溶液中に混入して撹拌するとともに、硫酸銅溶液ととも
に循環させる。
このようにして硫酸銅溶液中に炭酸銅が混入されると、
該炭酸銅が硫酸銅溶液中において溶解する際に、銅イオ
ンが形成されるとともに、炭酸ガスによる微細気泡が生
成され、前記銅イオンは、硫酸銅溶液中の銅イオンの補
充に供され、また、前記微細気泡は、伝熱管2の内部に
運ばれるが、該伝熱管2の内面に疎水性の薄膜が形成さ
れていることから、該内面に均一に付着する。
こののちに、前記直流電源12により伝熱管2を陰極とし
て電極棒9との間に電流を印加する。
この印加電流は、陰極電流密度が15A/dm2以上に設定す
ることが好ましく、また、単純な直流電流よりも、断続
電流、通常のパルス電流、さらに、PR電流を用いること
が好ましい。
このPR電流は、伝熱管2を陰極とする正電流と、伝熱管
2を陽極とする逆電流とを交互に印加するものである
が、正電流の印加時間を逆電流のそれに比して大きくし
て、全体として伝熱管2を陰極に保持するような電流で
ある。
そして、断続電流やパルス電流を用いると、単純な直流
電流に比して、伝熱管2の内面に形成される空孔内への
金属イオンの搬送を容易なものとすることができ、これ
によって、電析速度を大きくすることが期待できるとと
もに、局部的な析出を抑制して均一な電析膜の形成を可
能にする。また、PR電流を用いると逆電流が周期的に印
加されることによって、前述した電析膜の均一化が促進
される。
このように、電流が印加されると、前記伝熱管2の内面
で電析金属が成長させられるが、前述したように、伝熱
管2の内面には微細気泡が付着していることから、電析
金属の成長が前記微細気泡を包み込むように行われ、こ
の結果、伝熱管2の内面に、狭口空孔が形成されて、多
孔質層が形成される。
また、本実施例では、陽極として、不溶性陽極を用いて
いることから、鍍金液中の水分が電気分解されて酸素ガ
スが陽極において発生させられ、該酸素ガスの一部が、
気泡を形成して、前述したように供給される炭酸ガスの
気泡とともに伝熱管2の内面に付着させられるから、鍍
金液中の気泡密度が高められて、狭口空孔が一層容易に
形成される。
次いで、以下に具体例を示す。
(具体例) 外径9.52mm、肉厚0.35mm、長さ1000mmの銅管を抽伸によ
り形成して伝熱管2とし、該伝熱管2にトリクレン洗浄
を施して内面を清浄化し、シリコンオイルをエタノール
で3倍に希釈した溶液を銅管の内部に通したのちに、エ
タノールを蒸発させて除去して、伝熱管2の内面に疎水
性薄膜を形成し、さらに、該伝熱管2の内部に、樹脂製
のスペーサを取り付けるとともに、該スペーサによっ
て、前記伝熱管2の内部に白金被覆加工されたTiワイヤ
からなる電極棒9を位置決めして陽極を取り付ける。
そして、硫酸銅200g/、硫酸50g/の割合で混入され
た硫酸銅溶液を流速2m/sにて強制循環させ、この硫酸銅
溶液中に、炭酸銅を6g/minの割合で混入し、前記伝熱管
2を陰極として、陰極電流密度50A/dm2の条件で、約10
分間電気鍍金を施した。
この結果、孔径100μ〜150μの均質な空孔が、空孔率で
28%形成された、厚さ150μの多孔質層が得られた。
そして、前記多孔質層の比表面積率を画像解析により測
定し、陰極電流密度との関係を見てみたところ、第2図
にaで示すような結果が得られた。
一方、比較のために、前述した鍍金処理過程において発
泡物質である炭酸銅の供給を停止した状態で、鍍金液中
の水分の分解によって形成される気泡のみにより多孔質
層を形成した場合の比表面積率を測定したところ、第2
図にbで示す結果が得られた。
この結果から明らかなように、本実施例に示す方法によ
って形成された多孔質層は、比表面積率において、例え
ば、陰極電流密度50A/dm2で、比較例に対し30%以上の
向上が図られる。
さらに、前述したように製作した伝熱管2について、第
3図に示す熱特性試験装置により、熱特性を測定した。
第3図中、Tは温度センサ、Pは圧力計、PDは差圧計、
14はポンプ、15はバルブ、16は流量計、17は膨張弁、18
はコンプレッサ、19はサブコンデンサ、20はサブエバポ
レータ、21は恒温水槽であり、22が試供管としての銅管
である。
該熱特性試験装置においては、銅管22の内部にコンプレ
ッサ18から供給される冷媒が流され、外部には恒温水槽
21からの温水が、前記冷媒に対向して流されるようにな
っている。また、恒温水の温度は、各冷媒流量に対応し
て、冷媒系が安定するように制御されている。
なお、第3図中、矢印A、A′は、それぞれ、蒸発試験
の場合の冷媒および水の流れの方向を示し、矢印B、
B′は、凝縮試験の場合の冷媒および水の流れの方向を
示している。
そして、試験条件は次表のとおりとした。
この試験結果、本実施例に示す方法によって多孔質層が
形成された銅管22における陰極電流密度と沸騰熱伝達率
との関係は、第4図にcで示す値となり、同図にdで示
すところの、前記比較例の銅管のそれに対し、例えば陰
極電流密度50A/dm2において、約22%の性能向上が見ら
れた。
但し、前記試験時における冷媒循環量は、60kg/hrとし
た。
なお、前記実施例は一例であって、各工程における処理
条件等は、目的とする金属製基体の諸特性等に対応して
種々変更可能である。
また、前記実施例において示したような管体への摘要の
みならず、平板への摘要も当然可能である。
「発明の効果」 以上説明したように、本発明に係わる金属表面における
多孔質層の形成方法は、疎水性を有する薄膜が形成され
た金属製基体の表面を鍍金液中に浸し、該鍍金液中に発
泡物質を混入して微細気泡を生成するとともに、該微細
気泡を前記金属製基体の表面近傍に供給しつつ、該金属
製基体を陰極として、前記鍍金液中に配設した陽極との
間で電気鍍金を行うことを特徴とするもので、平板のみ
ならず、管状の金属の内面にも均一な狭口空孔を有する
多孔質層を容易に形成することができ、したがって、核
沸騰を利用した伝熱特性の良好な伝熱体を効率よく製造
することができるとともに、製造装置の繁雑化を抑制し
て、製造コストの低減を図ることができる等の優れた効
果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を実施するための装置を示す
概略図、第2図は本発明の一実施例によって製造された
銅管の比表面積率と陰極電流密度との関係を示す図、第
3図は伝熱特性の試験を行うための装置の一例を示す概
略図、第4図は本発明の一実施例によって製造された銅
管の伝熱特性を示す沸騰熱伝達率と陰極電流密度との関
係を示す図である。 2……伝熱管(金属製基体)、7……圧送ポンプ、 9……電極棒(陽極)、10……直流電源、 11……ホッパ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉木 尚一 埼玉県北本市下石戸上1975番地2 三菱金 属株式会社北本製作所内 (56)参考文献 特開 昭62−10296(JP,A)

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】疎水性を有する薄膜が形成された金属製基
    体の表面を鍍金液中に浸し、該鍍金液中に発泡物質を混
    入して微細気泡を生成するとともに、該微細気泡を前記
    金属製基体の表面近傍に供給しつつ、該金属製基体を陰
    極として、前記鍍金液中に配設した陽極との間で電気鍍
    金を行うことを特徴とする金属表面における多孔質層の
    形成方法。
  2. 【請求項2】電気鍍金をパルス電流によって行うことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の金属表面におけ
    る多孔質層の形成方法。
  3. 【請求項3】前記金属製基体が銅製であり、かつ、前記
    鍍金液が硫酸銅溶液であることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項および第2項記載の金属表面における多孔質
    層の形成方法。
  4. 【請求項4】前記発泡物質が炭酸銅であることを特徴と
    する特許請求の範囲第3項記載の金属表面における多孔
    質層の形成方法。
  5. 【請求項5】前記金属製基体が管体であることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項ないし第3項記載の金属表面
    における多孔質層の形成方法。
  6. 【請求項6】前記金属製基体と鍍金液とを相対移動させ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第3項
    および第5項記載の金属表面における多孔質層の形成方
    法。
  7. 【請求項7】前記陽極が不溶性金属であることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項ないし第6項記載の金属表面
    における多孔質層の形成方法。
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