JPS6376894A - 金属表面における多孔質層の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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バイブのウィック
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、該金属壁を介して加熱流体
と被加熱流体との熱交換を行うようにしている。

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、焼結あるいは鑞付は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。

「問題点を解決するための手段」 本発明は、前述した従来の技術における問題点を有効に
解消し得る金属表面における多孔質層の形成方法を提供
せんとするもので、該多孔質層の形成方法は、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
液中に浸すときもに、該金属製基体の表面近傍に微細気
泡を供給しつつ、前記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
′ｒ４折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均一かつ微細な狭口空孔が形成
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ｌ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と前記鍍金液貯蔵容器ｌ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ィルタ８およびフローメ
ータ９と、該フローメータ９の下流側に設けられた気泡
供給装置１０と、前記伝熱管２の内部に配設された電極
棒１１と、該電極棒１１と電極管２とに電気的に接続さ
れた直流電源１２とを備えている。

前記鍍金液貯蔵容器ｌには、内部の鍍金液（本硫酸銅溶
液が用いられている）を攪拌する攪拌装置１３が設けら
れている。

前記気泡供給装置ＩＯは、加圧ガスボンベ１４と、該加
圧ガスボンベ１４から送り出されるガスを微細化する微
細孔フィルタ１５とによって構成されている。そして、
本実施例では前記ガスとして、窒素ガスが用いられてい
る。

前記電極棒１１は、本実施例ではＴｉ　−ＰＬ等の不溶
性電極が用いられ、前記伝熱管２の中心軸線上に配設さ
れている。また、図示してないが、前記電極棒１１は、
伝熱管２の内面との間に、電気絶縁材料によって形成さ
れたスペーサを介装することにより、あるいは、両端部
に張力を加′えることにより前述した位置に保持される
。

前記直流電源１２は、前記伝熱管２を陰極とし、かつ、
前記電極棒１１を陽極とするように電流を供給するよう
になっている。

次いで、前述した構成を存する装置の作用とともに、本
発明方法を説明する。

まず、伝熱管２の内面に、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１１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１１とに、伝熱管２を陰極とするように直流電
源１２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Ｉ内の鍍金液を攪拌装置１３
によって均一に攪拌したのちに、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Ｉ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ｌに戻るように循環さ仕る。

この操作とともに、循環させられている鍍金液中に、前
記気泡供給装置１０から窒素ガスを供給する。

この際に、気泡供給装置ＩＯから送り出される窒素ガス
は、微細フィルタ１５を通過さけられる間に微細気泡と
なされて、前記鍍金液中に混入され、また、鍍金液とと
もに伝熱管２の内部に運ばれて、その一部が伝熱管２の
内面に均一に付着する。

前記フィルタの口径としては、０．０５〜１００μ程度
のものが好ましい。０．０５μ以下では、通気性が悪く
充分なガスの供給が難しく、１００μ以上ではガス径が
大きく、鍍金でとらえることが難しくなる。

こののちに、あるいは若干早めに、Ｏｑ記直流電源１２
によって伝熱管２を陰極として電極棒１１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／ｄｍ”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。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、電析速度を太き（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一層促進され
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仕られるが、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窒素ガスの
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１０００ｍ
ｍの銅管を、抽伸により形成し、この鋼管にトリクレン
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鋼管の内部に通したのち、
エタノールを蒸発させて除去して、鋼管の内面に、疎水
性薄膜を形成し、さらに、この鋼管の内部に、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、
前記鋼管の内部にＴｉ　−ｐｔからなる１！極＊１１を
位置決めして陽極を取り付ける。

そして、硫酸銅２００ｇ／Ｑ、硫酸５０ｇ／Ｉ２ノ割合
で混入された硫酸銅溶液からなる鍍金液を流速　２　ｍ
／ｓにて強制循環させ、この鍍金液中に、窒素ガスを０
．２μの微細孔フィルタ１５を通過させながら流量２Ｑ
／ｍｉｎで混入し、前記鋼管を陰極として、陰極電流密
度５０Ａ／ｄｍ’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３０％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、陰極電流との関係を見てみたところ、第２図に１
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気
泡供給装置１０からの気泡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／ｄｍ’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鋼管について、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、ＦＤは差圧計
、１６はポンプ、１７はバルブ、１８は流量計、１９は
膨張弁、２０はコンプレッサ、２１はサブコンデンサ、
２２はサブエバポレータ、２３は恒温水槽であり、２４
が試供管としての鋼管である。

該熱特性試験装置においては、銅管２４の内部にコンプ
レッサ２０から供給される冷媒が流され、外部には恒温
水槽２３からの温水が、面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
形成された鋼管の沸騰熱伝達率は、第４図にＣで示す値
となり、同図にｄ上手す未処理の銅管のそれに対して６
倍以上の大幅な向上が見られた。

なお、前記実施例では、不溶性陽極を用いた例について
示したが、これに代えて、可溶性の陽極を用いることも
できる。

このように、可溶性の陽極を用いて鋼管の内面に多孔質
層を形成し、その沸騰熱伝達率を、前述した条件と同一
条件のもとで測定したところ、第４図のｅで示す結果が
得られた。この結果からも分かるように、不溶性の陽極
を用いて多孔質層を形成した鋼管に比して、沸騰熱伝達
率が落ちるものの、未処理の鋼管に比して高い値を示す
。

また、前述したように、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。

さらに、気泡を供給するに際して、鍍金液と反応して気
泡を発生ずる物質を、鍍金液中に混入することによって
行うことも可能である。

「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すとともに、該金属
製基体の表面近傍に微細気泡を供給しつつ、前記金属製
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製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鋼
管の伝熱特性を示す沸騰熱伝達率と冷媒循環量、との関
係を示す図である。 ２・・・・・・伝熱管（金属製基体）、１０・・・・・
・気泡供給装置、　　１１・・・・・・電極棒（陽極）
、１２・・・・・・直流電源、　　　　１４・・・・・
・加圧ボンベ、１５・・・・・・微細フィルタ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）疎水性を有する薄膜が形成された金属製基体の表
   面を鍍金液中に浸すとともに、該金属製基体の表面近傍
   に微細気泡を供給しつつ、前記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. （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. （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. （４）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。
5. （５）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４項記載の
   金属表面における多孔質層の形成方法。
6. （６）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５項記載の金属表面におけ
   る多孔質層の形成方法。