JPS628303B2 - - Google Patents

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JPS628303B2
JPS628303B2 JP57124486A JP12448682A JPS628303B2 JP S628303 B2 JPS628303 B2 JP S628303B2 JP 57124486 A JP57124486 A JP 57124486A JP 12448682 A JP12448682 A JP 12448682A JP S628303 B2 JPS628303 B2 JP S628303B2
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JP
Japan
Prior art keywords
grooves
heat transfer
boiling heat
transfer surface
ceramics
Prior art date
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Application number
JP57124486A
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Japanese (ja)
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JPS5918177A (en
Inventor
Takao Terabayashi
Noryoshi Arakawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は沸騰伝熱面の製造方法に係り、特に、
耐食性に優れた沸騰伝熱面の製造を志向した、沸
騰伝熱面の製造方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a boiling heat transfer surface, and in particular,
The present invention relates to a method for producing a boiling heat transfer surface, which is aimed at producing a boiling heat transfer surface with excellent corrosion resistance.

従来、沸騰伝熱面の製造方法は、高熱伝導材で
ある銅やアルミニウムの薄板に多数の微細孔を穿
設したものを溝付板に貼付けて製造する方法、あ
るいは表裏面にそれぞれ互に直交する複数本の溝
を設け、その交点に開孔を形成した金属板(材料
は、上記と同じ銅やアルミニウム)を複数枚積層
して製造する方法、さらには前記金属の微粉末を
焼結体とする方法などが知られている。
Traditionally, boiling heat transfer surfaces have been manufactured by attaching a large number of fine holes to a grooved plate in a thin plate of copper or aluminum, which is a highly thermally conductive material, or by attaching a thin plate made of copper or aluminum, which is a highly thermally conductive material, to a grooved plate, or by attaching a thin plate made of copper or aluminum, which is a highly thermally conductive material, with holes orthogonal to each other. A method of manufacturing by laminating a plurality of metal plates (made of the same copper or aluminum as above) in which multiple grooves are provided and holes are formed at the intersections of the grooves, and a sintered body of fine powder of the metal is manufactured. There are known methods to do this.

しかしながら、海洋温度差発電あるいは化学プ
ラントなどに用いられる沸騰伝熱面は、耐食性の
良い材料を用いる必要があり、そのためにオース
テナイト系ステンレス鋼やチタニウム系材料がし
ばしば用いられるが、耐食性の点で十分ではない
という問題点があつた。
However, it is necessary to use materials with good corrosion resistance for boiling heat transfer surfaces used in ocean thermal energy conversion power generation or chemical plants, and for this purpose austenitic stainless steel and titanium-based materials are often used, but these are sufficient in terms of corrosion resistance. The problem was that it was not.

本発明は、上記した従来技術の欠点を除去し
て、耐食性に優れた沸騰伝熱面を製造することが
できる、沸騰伝熱面の製造方法の提供を、その目
的とするものである。
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a boiling heat transfer surface, which eliminates the drawbacks of the prior art described above and can produce a boiling heat transfer surface with excellent corrosion resistance.

本発明に係る沸騰伝熱面の製造方法の構成は、
未焼成のセラミツクスの薄板の表面および裏面
に、互いに直交し、その交点に相互干渉により開
孔が形成されるような深さの複数本の溝を穿設し
たのち、この薄板を、対向する溝が直交するよう
に複数枚積層し、全体を加圧した状態で高温度で
焼結する沸騰伝熱面の製造方法にある。
The structure of the method for manufacturing a boiling heat transfer surface according to the present invention is as follows:
After drilling a plurality of grooves perpendicularly to each other on the front and back surfaces of a thin sheet of unfired ceramics and having a depth such that an opening is formed at the intersection point by mutual interference, this thin sheet is then cut into the opposite grooves. The method of manufacturing a boiling heat transfer surface involves laminating a plurality of sheets so that they are perpendicular to each other and sintering them at high temperature under pressure.

以下本発明を、セラミツクスの薄板を2枚積層
してなる沸騰伝熱面を製造する実施例によつて説
明する。
The present invention will be explained below with reference to an example in which a boiling heat transfer surface is manufactured by laminating two ceramic thin plates.

第1図は、本発明の一実施例に係る沸騰伝熱面
の製造方法の実施に供せられるグリーンシートを
示す部分斜視図、第2図は、第1図に係るグリー
ンシートに、電子ビームによつて溝を穿設してい
る状態を示す部分断面図、第3図は、第1図に係
るグリーンシートの表裏面に、互いに直交する溝
を穿設した状態を示す部分斜視図、第4図は、第
3図に係るグリーンシートを2枚積層した状態を
示す部分斜視図である。
FIG. 1 is a partial perspective view showing a green sheet used in the method of manufacturing a boiling heat transfer surface according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial perspective view showing a green sheet according to FIG. FIG. 3 is a partial sectional view showing a state in which grooves are bored by the green sheet according to FIG. 1; FIG. FIG. 4 is a partial perspective view showing a state in which two green sheets according to FIG. 3 are stacked.

まず、未焼成のセラミツクスの薄板(通常、グ
リーンシートと呼ばれている)を準備する。
First, a thin plate of unfired ceramics (usually called a green sheet) is prepared.

このグリーンシート1は、セラミツクスの微粉
末を有機溶剤で溶いて粘土状にし、これを、第1
図に示すような、薄板状に形成してなるものであ
り、可撓性が大きく且つ硬いという性質を有して
いる。
This green sheet 1 is made by dissolving fine ceramic powder in an organic solvent to form a clay-like material.
As shown in the figure, it is formed into a thin plate shape, and has the characteristics of being highly flexible and hard.

次に、このグリーンシート1の表面および裏面
に、高エネルギ密度ビームに係る電子ビームもし
くはレーザビームによつて溝を穿設する。この溝
の穿設方法を、第2図を使用して説明すると、第
2図aに係る方法は、電子ビーム4のビーム焦点
5をグリーンシート1の表面よりも上方に置き、
そのグリーンシート1を紙面と垂直方向に移動さ
せることにより、U字形の溝2を穿設するもので
ある。一方、第2図bに係る方法は、電子ビーム
4のビーム焦点5をグリーンシート1の表面より
も下方に置き、そのグリーンシート1を紙面と垂
直方向に移動させることにより、オーバハングを
有する断面形状の溝3を穿設するものである。
Next, grooves are formed on the front and back surfaces of the green sheet 1 using an electron beam or a laser beam, which is a high energy density beam. The method of drilling this groove will be explained using FIG. 2. The method shown in FIG. 2a places the beam focus 5 of the electron beam 4 above the surface of the green sheet 1,
By moving the green sheet 1 in a direction perpendicular to the paper surface, a U-shaped groove 2 is bored. On the other hand, in the method shown in FIG. 2b, the beam focus 5 of the electron beam 4 is placed below the surface of the green sheet 1, and the green sheet 1 is moved in a direction perpendicular to the plane of the paper, thereby creating a cross-sectional shape with an overhang. A groove 3 is bored therein.

これらの穿設方法のうち、第2図aに係る方法
によつて(第2図bに係る方法の利用については
後述する)、第1図に係るグリーンシート1の表
面および裏面に、互いに直交し、その交点に相互
干渉により開孔(図示せず)が形成されるような
深さの複数本の溝2を穿設する(第3図の状
態)。すなわち、表面の溝2の深さと裏面の溝2
の深さの合計が、グリーンシート1の板厚上の寸
法になるようにすることにより、その溝2の交点
に前記開孔が生ずるものである。
Among these drilling methods, by the method shown in FIG. 2a (the use of the method shown in FIG. 2b will be described later), holes are formed perpendicularly to each other on the front and back surfaces of the green sheet 1 shown in FIG. Then, a plurality of grooves 2 are bored at such depths that openings (not shown) are formed by mutual interference at the intersections (as shown in FIG. 3). In other words, the depth of the groove 2 on the front surface and the groove 2 on the back surface
By making the total depth equal to the thickness of the green sheet 1, the openings are formed at the intersections of the grooves 2.

このようにして溝2を穿設したグリーンシート
1を、対向する溝2が直交するように2枚積層す
る(第4図の状態)。この状態で、溝2が圧壊し
ない程度の圧力を負荷し、高温度で焼結すること
により、前記2枚のグリーンシート1が互に接合
し、所望の沸騰伝熱面が得られる。
Two green sheets 1 having grooves 2 formed in this way are stacked so that the opposing grooves 2 are perpendicular to each other (as shown in FIG. 4). In this state, the two green sheets 1 are bonded to each other by applying a pressure that does not crush the grooves 2 and sintering at a high temperature, thereby obtaining a desired boiling heat transfer surface.

この沸騰伝熱面を使用する場合には、ヒータブ
ロツク(図示せず)など冷却したい部分に接合す
ればよい。
When using this boiling heat transfer surface, it may be joined to a portion to be cooled, such as a heater block (not shown).

この実施例における具体例を説明すると、ま
ず、材料としてSiC系セラミツクス(SiCにAlN
を添加したもの)を用いて、厚さ1mmのグリーン
シート1を作製した。そして電子ビーム4(詳細
後述)によつて、このグリーンシート1の表裏面
に幅0.3mm、深さ0.6mmの溝2を、ピツチ0.6mmで、
表面および裏面の前記溝2が互いに直交するよう
に複数本穿設した。
To explain the specific example of this example, first, the material is SiC ceramics (SiC and AlN).
A green sheet 1 with a thickness of 1 mm was prepared using the following: Then, using an electron beam 4 (details will be described later), grooves 2 with a width of 0.3 mm and a depth of 0.6 mm are formed on the front and back surfaces of the green sheet 1 at a pitch of 0.6 mm.
A plurality of the grooves 2 on the front and back surfaces were bored so as to be perpendicular to each other.

前記電子ビーム4による加工条件は、加速電圧
120kV、ビーム電流1mAの連続ビームであり、ビ
ーム焦点5が、グリーンシート1の表面から上方
10mmにくるように、収束レンズ電流を設定した
(第2図aに係る方法)。そしてグリーンシート1
を載置した移動治具(図示せず)を10mm/秒の一
定速さで動かすことにより、前記U字形の溝2を
穿設した。
The processing conditions using the electron beam 4 are as follows:
It is a continuous beam of 120kV and beam current of 1mA, and the beam focus 5 is above the surface of the green sheet 1.
The converging lens current was set so that the distance was 10 mm (method according to Figure 2 a). and green sheet 1
The U-shaped groove 2 was bored by moving a moving jig (not shown) on which was placed a moving jig (not shown) at a constant speed of 10 mm/sec.

このようにして溝2を穿設した2枚のグリーン
シート1を2枚積層し、その表面に約3Kg/mm2
面圧を負荷した状態で、2000〜2100℃の温度で約
1時間加熱して焼結することにより、所望の沸騰
伝熱面を製造することができた。
Two green sheets 1 with grooves 2 formed in this way are laminated and heated at a temperature of 2000 to 2100°C for about 1 hour while applying a surface pressure of about 3 kg/mm 2 to the surface. By boiling and sintering, the desired boiling heat transfer surface could be manufactured.

以上に説明した実施例において、セラミツクス
としてSiC系セラミツクスを使用した理由は、こ
のSiC系セラミツクスが、セラミツクスの中でも
熱伝導率が極めて大きく、しばしば放熱面に用い
られるアルミニウムにくらべて遜色がない。さら
に、化学的に安定であるため、海水あるいは化学
薬品により極めて腐食されにくいことによるもの
である。
In the embodiments described above, SiC ceramics were used as the ceramics because they have extremely high thermal conductivity among ceramics, and are comparable to aluminum, which is often used for heat dissipation surfaces. Furthermore, since it is chemically stable, it is extremely difficult to be corroded by seawater or chemicals.

また、セラミツクスをグリーンシート状態で用
いることの利点は、溝加工が比較的容易であ
る、可撓性に富むため、ヒータブロツクなどの
冷却面形状に合わせて成形できる、複数枚積層
した場合、加圧した状態で焼結することにより、
各層間を接合するための接合工程が不要になる、
ことである。
In addition, the advantages of using ceramics in the form of green sheets are that it is relatively easy to process grooves, that they are highly flexible and can be molded to fit the shape of the cooling surface of a heater block, etc., and that when multiple sheets are laminated, they can be By sintering under pressure,
No need for a bonding process to bond each layer.
That's true.

本実施例においては、溝の形状をすべてU字形
の溝2にしたが、グリーンシート1を積層したと
き表面に出る溝のみを、第2図bに係る方法によ
つて加工し、オーバハングを有する断面形状の溝
3を穿設するようにしてもよい。このようにすれ
ば、溝3の開口は、内部の溝2の開口の大きさに
比べてある程度小さくなり、冷媒(図示せず)の
気泡が溝3の内部に適当な時間だけ保持されるよ
うになるため、表面に溝2を形成したものより伝
熱性能の優れた沸騰伝熱面が得られる。
In this example, all the grooves are U-shaped grooves 2, but only the grooves that appear on the surface when the green sheets 1 are stacked are processed by the method shown in FIG. 2b to have an overhang. A groove 3 having a cross-sectional shape may be formed. In this way, the opening of the groove 3 becomes somewhat smaller than the opening of the internal groove 2, so that bubbles of refrigerant (not shown) are retained inside the groove 3 for an appropriate amount of time. Therefore, a boiling heat transfer surface with superior heat transfer performance than one with grooves 2 formed on the surface can be obtained.

以上説明した実施例によれば、下記の効果があ
る。
According to the embodiment described above, there are the following effects.

(1) 海水、化学薬品に対して極めて安定な、耐食
性に優れた沸騰伝熱面が得られる。
(1) A boiling heat transfer surface that is extremely stable against seawater and chemicals and has excellent corrosion resistance can be obtained.

(2) セラミツクスのグリーンシート状態で、高エ
ネルギ密度ビームによつて溝加工をするため、
材質が難削材であるにもかかわらず、その加工
が非常に容易である。
(2) Grooving is performed using a high energy density beam in the green sheet state of ceramics.
Although the material is difficult to machine, it is extremely easy to process.

(3) 溝を穿設したグリーンシートを積層したの
ち、全体を加圧した状態で焼結するようにした
ので、各層間を接合するための接合工程を設け
ることなく、前記焼結時に全体を一体に接合す
ることができる。
(3) After stacking the green sheets with grooves, the whole is sintered under pressure, so there is no joining process for joining each layer, and the whole is sintered during the sintering process. Can be joined together.

なお、前記実施例においては、セラミツクスと
してSiC系セラミツクスを使用したが、SiC系以
外のもの、たとえばアルミナ(AlO3)系セラミツ
クスでもよいものの、SiC系セラミツクスを使用
した沸騰伝熱面は、伝熱特性、耐食性が優れてい
ることは前述した通りである。
In the above embodiments, SiC ceramics were used as the ceramics, but materials other than SiC ceramics, such as alumina (AlO 3 ) ceramics, may also be used, but the boiling heat transfer surface using SiC ceramics is As mentioned above, it has excellent properties and corrosion resistance.

また、前記実施例においては、溝の穿設を、電
子ビームなどの高エネルギ密度ビームで行なつた
が、溝の穿設は、機械的なカツタでも可能である
ものの、高エネルギ密度ビームによつて穿設した
溝は、その寸法精度が極めてよく、工具が摩耗す
るということもない。
Furthermore, in the above embodiments, the grooves were drilled using a high energy density beam such as an electron beam, but the grooves could also be drilled using a high energy density beam, although it is possible to use a mechanical cutter. The dimensional accuracy of the grooves drilled using the same method is extremely high, and the tool does not wear out.

さらに、前記実施例は、セラミツクスの薄板を
2枚積層してなる沸騰伝熱面を製造するものにつ
いて説明したが、本発明は、3枚以上積層する場
合にも、また1枚の場合にも適用できる。1枚の
場合には、未焼成のセラミツクスの薄板に溝を穿
設したのち、高温度で焼結すればよく、加圧の必
要はない。
Further, in the above embodiment, the boiling heat transfer surface is manufactured by laminating two ceramic thin plates, but the present invention can also be applied to the case where three or more ceramic plates are laminated, or when only one ceramic plate is laminated. Applicable. In the case of one sheet, it is sufficient to drill grooves in a thin sheet of unfired ceramic and then sinter it at high temperature, and there is no need for pressurization.

以上詳細に説明したように本発明によれば、未
焼成のセラミツクスの薄板の表面および裏面に、
互いに直交し、その交点に相互干渉により開孔が
形成されるような深さの複数本の溝を穿設したの
ち、この薄板を、対向する溝が直交するように複
数枚積層し、全体を加圧した状態で高温度で焼結
するようにしたので、耐食性に優れた沸騰伝熱面
を製造することができる、沸騰伝熱面の製造方法
を提供することができる。
As explained in detail above, according to the present invention, on the front and back surfaces of an unfired ceramic thin plate,
After drilling multiple grooves that are perpendicular to each other and have a depth such that an opening is formed at the intersection point by mutual interference, multiple sheets of this thin plate are stacked so that the opposing grooves are perpendicular to each other. Since sintering is performed at high temperature under pressure, it is possible to provide a method for manufacturing a boiling heat transfer surface that can produce a boiling heat transfer surface with excellent corrosion resistance.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の一実施例に係る沸騰伝熱面
の製造方法の実施に供せられるグリーンシートを
示す部分斜視図、第2図は、第1図に係るグリー
ンシートに、電子ビームによつて溝を穿設してい
る状態を示す部分断面図、第3図は、第1図に係
るグリーンシートの表裏面に、互いに直交する溝
を穿設した状態を示す部分斜視図、第4図は、第
3図に係るグリーンシートを2枚積層した状態を
示す部分斜視図である。 1…グリーンシート、2,3…溝、4…電子ビ
ーム。
FIG. 1 is a partial perspective view showing a green sheet used in the method of manufacturing a boiling heat transfer surface according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial perspective view showing a green sheet according to FIG. FIG. 3 is a partial sectional view showing a state in which grooves are bored by the green sheet according to FIG. 1; FIG. FIG. 4 is a partial perspective view showing a state in which two green sheets according to FIG. 3 are stacked. 1... Green sheet, 2, 3... Groove, 4... Electron beam.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 未焼成のセラミツクスの薄板の表面および裏
面に、互いに直交し、その交点に相互干渉により
開孔が形成されるような深さの複数本の溝を穿設
したのち、この薄板を、対向する溝が直交するよ
うに複数枚積層し、全体を加圧した状態で高温度
で焼結することを特徴とする沸騰伝熱面の製造方
法。 2 セラミツクスとして、SiC系セラミツクスを
使用したものである特許請求の範囲第1項記載の
沸騰伝熱面の製造方法。 3 溝の穿設を、高エネルギ密度ビームの加工に
よつて行なうようにしたものである特許請求の範
囲第1項記載の沸騰伝熱面の製造方法。
[Claims] 1. After drilling a plurality of grooves on the front and back surfaces of a thin plate of unfired ceramics, which are orthogonal to each other and have a depth such that an opening is formed at the intersection point by mutual interference, A method for producing a boiling heat transfer surface, which comprises laminating a plurality of these thin plates so that the opposing grooves are perpendicular to each other, and sintering the entire body at high temperature under pressure. 2. The method for manufacturing a boiling heat transfer surface according to claim 1, wherein SiC-based ceramics are used as the ceramics. 3. The method for manufacturing a boiling heat transfer surface according to claim 1, wherein the grooves are formed by machining a high energy density beam.
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