KR20200036891A

KR20200036891A - 미세 구조화 코팅을 갖는 열 교환 소자 및 제조방법

Info

Publication number: KR20200036891A
Application number: KR1020207005524A
Authority: KR
Inventors: 피터 돕슨; 알렉산더 레이프; 앤드류 앤더슨; 팀 불렌
Original assignee: 옥스포드 나노시스템즈 리미티드
Priority date: 2017-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2020-04-07
Also published as: JP2020528536A; CN110998217A; BR112020001450A2; MX2020000757A; WO2019021016A1; AU2018307582A1; EP3658840A1; US20200166299A1; CN110998217B; CA3069884A1

Abstract

본 발명은 기판 및 코팅을 포함하는 열 교환 소자를 제공하는데, 상기 코팅은 열 교환 소자에 의해 정의되는 유로의 적어도 일부 상에 존재한다. 상기 코팅은 금속을 포함하고, 100 ㎛ 이하의 길이를 갖는 복수의 스파이크를 포함하는 구조물을 가지며, 코팅 전체에 걸쳐 스파이크의 평균 길이가 다양하다. 또한, 본 발명은 본 발명의 열 교환 소자의 유로에 유체를 제공하는 단계를 포함하는, 열을 유체로 또는 유체로부터 열을 전달하는 방법을 제공한다. 본 발명은 본 발명의 열 교환 소자의 제조방법을 더 제공하는데, 상기 방법은 기판의 표면에 무전해 도금 용액을 제공하는 단계를 포함한다. 본 발명은 열 교환 소자를 제조하기 위한 유동 공정 및 상기 공정에 의해 수득되거나 수득될 수 있는 열 교환 소자를 더 제공한다.

Description

미세 구조화 코팅을 갖는 열 교환 소자 및 제조방법

본 발명은 효율적인 열 교환을 가능하게 하는 열 교환 소자를 제공한다. 또한, 본 발명은 본 발명의 열 교환 소자를 사용하여 유체로부터 또는 열을 전달하는 방법을 제공한다. 또한, 본 발명의 열 교환 소자를 포함하는 열 교환 소자의 적합한 제조방법, 특히 무전해 유동 도금 공정이 제공된다. 또한, 본 발명은 무전해 유동 도금 공정에 의해 수득되거나 수득될 수 있는 열 교환 소자를 제공한다.

표면을 통한 열의 전달은 다수의 제품 및 시스템에서 중요하다. 이러한 시스템의 예로는 냉각 시스템 (예를 들어, 공기 조절 시스템 또는 냉장 시스템) 및 보일러와 같은 난방 시스템을 포함한다. 이러한 시스템의 다른 예는 열 회수 시스템을 포함한다. 이러한 시스템에서 열 교환을 위한 장치의 일반적인 구성은 열 교환 소자와 그 소자의 표면과 접촉하는 유체 사이에서 열의 전달을 포함한다. 열 교환 소자에 열을 제공하기 위해 다양한 공급원이 사용될 수 있다. 이러한 구성의 예는, 예를 들어, 열 교환기 (열 교환기의 열 공급원이 열 교환기 소자의 뒷면과 접촉하는 제2 유체인 경우), 보일러, 라디에이터, 냉장고 등을 포함한다.

따라서, 매우 우수한 열 전달 특성을 갖는 열 교환 소자를 제공하는 것이 바람직하다. 상기 소자와 접촉하는 액체와 같은 유체로 열을 효율적으로 전달할 수 있는 열 교환 소자를 제공하는 것이 특히 바람직하다. 그러나, 표면을 가로 질러, 특히 고체 표면에서 액체로 열을 전달하는 과정은 복잡하고 이해하기 어렵다. 따라서 우수한 열 전달 특성을 갖는 열 교환 소자를 생성하거나, 기존 표면을 최적화하여 열 전달 특성을 개선하는 것은 쉽지 않다.

이 분야에서 이전의 노력이 이루어졌다. 접근 방식은 일반적으로 열 전달에 사용하기 위해 물체의 표면적을 최대화하는 것과 관련이 있다.

일부 이전 기술자들은 표면에 특정 습윤성을 제공하여 물체의 열 전달 능력을 제어하려고 시도했다. 일례로, WO 2011/149494는 특정 액체와 미리 선택된 접촉각을 갖는 열 교환 표면을 기술한다. 표면은 기판 상에 친수성 나노 구조를 제공함으로써 생성된다. 표면 나노 구조체는 기판 상에 산화물계 나노 물질을 도금함으로써 형성되고, 나노 구조체는 평균 제곱 평균 조도, 또는 높이가 200 내지 600 nm이다. 이렇게 생성된 표면은 풀 비등(pool boiling) 실험에 유용하다고 한다.

다른 이전의 연구자들은 정밀하게 설계된 구조물을 그 위에 제공함으로써 표면의 열전달 능력을 제어하려고 시도했다. 설계된 구조는 일반적으로 실리콘으로 제조된다. 그 예는 "Surface structure enhanced microchannel flow boiling", Zhu et al., Journal of Heat Transfer, Vol. 138, pp 091501-1 to 091501-13에서 발견했다. 실리콘 미세 기둥의 어레이를 갖는 마이크로 채널이 제공되며, 이는 유동 비등 레짐(flow boiling regime)에서 열 전달을 촉진한다고 한다.

본 발명자들은 이전에 WO2014/064450에 기술된 열 전달에 사용하기 위한 계층적 나노 구조를 갖는 나노-거친 표면을 제공했다. 제한된 시간 동안 무전해 도금을 수행함으로써, 계층적 나노 구조를 갖는 코팅이 기판 상에 생성될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 일반적으로, 계층적 나노 구조는 10 또는 100배 더 작은 크기의 제2 수준의 구조로 코팅된 제1 수준의 구조를 포함했다. 일반적으로, 제1 수준의 구조는 500 nm 이하의 높이이고, 제2 수준 구조는 50 nm 이하의 높이의 특징을 포함했다. 이러한 표면은 비등 실험에서 열 전달에 영향을 미치는 것으로 나타났다.

본 발명의 목적은 상기 논의된 열 교환 소자와 비교할 만하거나 더 우수한 열 전달 특성을 가지며, 광범위한 유체로의 열 전달에 적합한 열 교환 소자를 제공하는 것이다. 개선된 열 교환 특성은 본 발명의 열 교환 소자가 열 공급원을 더 빠르고 더 작은 소자를 통해 냉각시켜, 공간 및 중량을 절약할 수 있게 한다.

우수한 열 전달 측성을 갖는 열 교환 소자를 제공하는 것 이외에, 본 발명의 목적은 열 교환 소자의 제조방법을 제공하는 것이다. 열 교환 소자를 제조하는 다수의 공지된 방법은 힘들고 비용이 많이 든다. 이러한 공지된 방법은 일반적으로 열 전달에 사용하기 위한 물체의 표면적을 증가시키는 방법이다.

열전달 표면을 제조하는 방법의 하나의 이전 예는 "Surface structure enhanced microchannel flow boiling", Zhu et al., Journal of Heat Transfer, Vol. 138, pp 091501-1 내지 091501-13에 기재된다. 이 방법에서, 표면 상의 실리콘 구조물의 설계는 물체의 표면적을 증가시키기 위해 사용되었다. 실리콘 구조물을 설계하는데 사용되는 방법은 실리콘 기판의 이온 에칭 및 실리콘 웨이퍼를 실리콘 표면에 결합하는 것을 포함한다.

본 발명자들은 열 교환 소자 상에 코팅을 생성하기 위해 무전해 도금의 사용을 이전에 기재하였다 (WO2014/064450). 이 경우, 무전해 도금 공정은 나노-러프한 표면을 생성하였고, 이 방법은 기판을 무전해 도금 용액의 욕에 배치하는 것을 포함했다. 그러나, 욕 공정에서 금속의 무전해 도금은 기포 접착 문제를 겪었다. 기판 상에 금속의 무전해 도금은 일반적으로 기판의 표면에 수소 가스의 기포를 생성한다. 욕 공정 동안, 무전해 도금 동안 생성된 수소의 기포가 기판 표면에 달라 붙어, 기포 주위에 코팅이 형성되는 것을 발견했다. 이는 두 가지 특별한 역 효과가 있다. 첫번째로, 무전해 도금 공정에 의해 형성된 코팅의 거친 구조는 기포의 존재에 의해 파괴되어, 코팅 및/또는 코팅의 일부가 목적하는 거친 구조를 갖지 않는 갭을 생성했다. 두번째로, 무전해 도금에 의해 형성된 코팅은 기포 위에 형성되어, 코팅의 일부가 기판과 접촉하지 않게 한다. 코팅의 비부착된 부분은, 예를 들어 열 교환에서 코팅된 기판을 사용하는 동안, 시간이 지남에 따라 취약하고 빈번하게 기판으로부터 박리되는 것으로 밝혀졌다. 이는 코팅의 열 교환 효능을 감소시키기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 수소 기포에 의해 야기된 기판의 노출 된 부분은 열 교환 소자로서 코팅된 물체를 사용하는 동안 부식되었다.

무전해 도금 방법은 저온에서 거친 구조물을 생성할 수 있어, 공정 비용을 감소시키기 때문에 열 교환 코팅을 제조하는데 바람직하다. 또한, 금속을 함유하는 코팅을 제공하기 위해 사용될 수 있어, 열 교환 소자를 위한 코팅에 바람직한 우수한 열 교환 특성을 갖는 무전해 도금이 바람직하다. 또한, 무전해 도금 공정은 액체 금속 욕에서 수행되는 용융 아연 도금(hot dip galvanising) 공정 (갈바닉 도금 공정이라고도 함)보다 적은 재료를 필요로 한다.

본 발명의 목적은 에너지 비용을 최소화하기 위해 저온에서 저렴하고 신속하게, 이상적으로 수행될 수 있는 공정을 제공하는 것이다. 또한, 기존 열 교환기에서 인시투(in situ)로 수행될 수 있는 방법을 제공하여, 기존의 열 교환기에서 본 발명의 열 교환 소자를 새로 장착(retro-fit)하는데 유리하게 사용될 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 목적은 열 교환 소자에 적합한 코팅(즉, 금속을 포함하는 거친 코팅)을 기판에 제공하는 공정을 제공하는 것이며, 상기 공정은 무전해 도금 공정의 이점을 가지지만, 상기 언급된 문제들을 억제한다.

본 발명자들은 마이크로미터 크기 범위에서 예리한 스파이크를 포함하는 코팅을 갖는 열 교환 소자를 발견했으며, 여기서 스파이크의 길이는 열 교환 소자의 표면에 걸쳐 다양하며, 특히 유리한 열 전달 특성을 갖는다는 것을 발견했다. 따라서, 본 발명은 기판 및 코팅을 포함하는 열 교환 소자를 제공하며, 여기서 열 교환 소자는 유체의 유동을 위한 유로를 정의하고, 유로의 적어도 일부는 코팅으로 코팅되며,

상기 코팅은 금속을 포함하고,

상기 코팅은 100 ㎛ 이하의 길이를 갖는 복수의 스파이크를 포함하고,

상기 코팅은 평균 스파이크 길이가 S₁인 유로의 단부에서의 제1 영역과, 평균 스파이크 길이가 S₂인 유로 상의 제2 영역을 포함하며, 및

S₁은 S₂보다 더 크다.

본 발명의 열 교환 소자는 특히 뾰족한 표면과 유체 사이의 효율적인 열 전달을 촉진하는데 적합하다. 따라서, 본 발명은 유체를 열 교환 소자의 유로를 따라 통과시키는 단계를 포함하는, 열을 유체로 또는 유체로부터 열을 전달하는 방법을 제공한다.

본 발명의 열 교환 소자에 포함된 코팅은 무전해 도금에 의해 편리하게 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 열 교환 소자를 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 기판의 표면에 무전해 도금 용액을 제공하는 단계를 포함한다.

본 발명자들은 놀랍게도 기판 위에 금속 이온을 포함하는 무전해 도금 용액을 유동시키면 표면으로부터 수소 기포를 신속하게 제거하여, 욕 공정과 관련된 도금된 코팅의 취약성 및/또는 박리 문제를 감소시킨다는 것을 추가로 발견했다. 또한, 무전해 도금 용액의 유동은 예상치 않게 여전히 표면으로부터 열 전달을 촉진하기에 적합한 거친 표면을 제공한다. 이러한 발견은, 이전에는 유동 공정이 코팅의 불규칙한 구조를 초래하여, 이러한 우수한 열 교환 특성을 갖지 않을 것으로 생각되었기 때문에 예상치 못했다. 또한, 이러한 무전해 유동 도금 공정은 본 발명의 열 교환 소자의 양태에 따라 스파이크 길이가 다른 영역을 갖는 열 교환 소자를 생성할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 특히 유리하게는, 이러한 무전해 유동 도금 공정은 기존의 열 교환기의 인시투에 그리고 분해 없이 무전해 도금된 코팅을 새로 장착하는데 사용될 수 있다. 도금 용액은 코팅을 필요로 하여 물질의 낭비를 최소화하는 열 교환기의 부품에만 제공될 수 있다.

따라서, 본 발명은 기판 및 코팅을 포함하는 열 교환 소자의 제조방법을 제공하는데,

상기 코팅은 금속을 포함하고,

상기 방법은 기판의 표면 위로 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함한다.

이러한 무전해 유동 도금 공정은 거친 코팅을 갖는 물체를 생성하고, 상기 코팅은 금속을 포함한다. 상기 금속을 포함하는 코팅은 우수한 열 전도체이고, 큰 표면적을 가져, 열 교환 소자와 주변 사이의 접촉을 증가시키고, 소자와 주변 사이의 열 전달을 증진시킨다. 따라서, 본 공정에 의해 제조되는 열 교환 소자는 열 교환기에 사용하기에 적합하다.

또한, 본 발명은 이러한 무전해 유동 도금 공정에 의해 얻어지거나 얻어질 수 있는 열 교환 소자를 제공한다.

도 1은 유체의 표면으로부터 다양한 모드의 열 전달을 도시한다.
도 2는 본 발명의 열 교환 소자 상의 코팅을 도식으로 나타낸다. 도 2a는 다양한 배향에서 모델 스파이크를 도시한다. 도 2b는 기판(2) 상에 코팅(1)을 보여준다. 도 2c는 그 사이에 있는 표면과 공극 상에 클러스터의 배열을 보여준다. 도 2d는 기판(2) 상에 코팅(1)을 보여주고, 상기 코팅은 기판 표면을 가로질러 눈금이 매겨진 스파이크 길이를 갖는다. 도 2e는 기판(2) 상에 코팅(1)을 포함하는 열 교환 소자를 도식으로 나타내고, 상기 코팅은 본 발명의 무전해 유동 공정에 의해 기판 상에 형성된다. 도 2f는 코팅된 유동 채널 및 코팅되지 않은 유동 채널을 포함하는 열 교환 소자(5)의 단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 코팅의 SEM 이미지를 함유한다. 도 3(a)는 길이가 1 내지 3 ㎛인 스파이크를 포함하는 코팅을 보여주고; 도 3(b)는 길이가 4 내지 5 ㎛인 스파이크를 포함하는 코팅을 보여주고; 도 3(c)는 길이가 8 내지 10 ㎛인 스파이크를 포함하는 코팅을 보여준다.
도 4는 길이가 약 3 ㎛인 스파이크를 포함하는 열 교환기의 내부에 적용되는 코팅의 SEM 이미지이다. 이러한 코팅은 본 발명의 무전해 유동 도금 공정에 의해 제조된다.
도 5는 본 발명에 따른 코팅의 SEM 이미지를 함유하고, 상기 코팅은 클러스터를 포함한다. 도 5(a)는 클러스터 내에 배열되는 길이가 약 7 ㎛인 스파이크를 포함하는 코팅을 보여준다. 도 5(b)는 낮은 해상도에서 클러스터 내에 배열되는 스파이크의 코팅을 보여준다.
도 6은 75 ㎛-직경의 와이어 메쉬에 적용되는 길이가 7 ㎛인 스파이크를 포함하는 본 발명에 따른 코팅의 SEM 이미지이다.
도 7 및 8은 다양한 상이한 표면에 대한 벽 과열도(superheat) (DT_c)의 함수로서 표면으로부터 유기 냉매까지의 kW m^-2의 열 유속을 보여준다. 도 7에서, 하나의 표면은 연마된 표면이고, 다른 표면은 본 명세서에 정의된 무전해 유동 도금 공정에 따라 코팅된 표면이다.
도 9는 다양한 냉매 유속에서 본 발명(무전해 유동 도금 공정에 의한)에 따른 코팅된 표면 및 코팅되지 않은 표면에 대한 W m^-2 K^-1의 열 전달 계수를 보여준다.
도 10은 시간에 걸쳐 본 발명에 따른 무전해 유동 도금 공정에 의해 달성되는 대략적인 스파이크 높이(상부 점선) 및 스파이크 기본 반경(하부 실선)을 보여준다.
도 11은 코팅되지 않은 증발기에 대한 증발기(열 교환기)의 열 교환 성능을 비교하는데 사용되는 시험 장치를 보여준다. 코팅된 증발기는 본 발명의 무전해 유동 도금 공정에 따라 코팅되어, 본 발명에 따른 열 교환 소자를 제공한다.
도 12는 도 11에 도시되는 장치에서 시험되는 코팅된 및 코팅되지 않은 증발기의 열 전달 속도의 함수로서 열 교환 계수를 보여준다.

표면을 가로지르는 열 전달

첨부 도면에서, 도 1(상부 이미지)은 표면을 가로 질러 유체 (이 경우 액체) 로의 열 전달이 온도에 따라 어떻게 변하는지를 도시한다. 도면은 사용 가능한 몇 가지 열 전달 모드를 나타낸다. 저온에서, 고온(예를 들어, 금속) 표면으로부터 유체 (예를 들어, 물)로의 열 전달은, 특히 유체에 의해 표면이 완전히 젖어있는 경우 자연적인 대류를 통해 잘 작용한다. 열 전달 표면의 온도가 증가함에 따라, 기포 핵의 형성은 핵 비등(nucleate boiling)에 의해 발생하는 열 전달을 초래한다. 이러한 핵 비등이 발생하는 온도는 표면 조도 및 강하게 소수성인 영역의 존재에 영향을 받는다. 온도가 더 증가함에 따라, 안정한 막 비등(film boiling)으로의 전이가 있다. 안정한 막 비등에서, 증기 층이 표면 옆에 존재하며, 이 막을 통한 열 전달은 전도에 의해 발생하는 것으로 생각된다. 핵 비등에서 안정한 막 비등으로의 전이에서, 일부 표면 영역은 막 비등 및 일부 핵 비등을 보여준다. 증기의 열 전도성이 액체보다 낮기 때문에, 표면을 가로지르는 열 유속은 전이 비등 영역(transition boiling region)에서 감소하여, 안정한 막 비등이 시작될 때 최소에 도달한 후 온도와 함께 다시 증가하는 경향이 있다. 표면을 가로지는 열 유속(heat flux)은 안정한 막 비등이 시작될 때 최소에 도달하기 전에 전이 비등 영역에서 감소한 후, 온도와 함께 다시 증가되는 경향이 있다. 또한, 도 1의 하부 이미지는 표면으로부터 유체(qw)로의 열 유속이 표면 과열도 (DT_c, 표면 온도와 유체 온도 사이의 온도 차이)에 따라 어떻게 변하는지를 나타낸다.

이론에 얽매이지 않고, 본 발명의 열 교환 소자의 아점은 코팅 구조의 다양한 측면에 기인할 수 있다고 추측된다.

핵 비등 레짐에서, 열 전달 효율에 기여하는 중요한 요소는 코팅에서 스파이크의 날카로움(sharpness)인 것으로 여겨진다. 스파이크가 날카로울수록, 하기를 포함하는 핵 비등에 의한 열 전달에 필요한 공정이 더 효율적으로 발생한다고 추측된다:

- 스파이크 선단(tip)에서 기포의 형성;

- 기포를 스파이크 측면 아래로 캐비티 또는 공극으로 전달;

- 증기를 첨가함으로써 캐비티 또는 공극에서 기포의 성장; 및

- 기포의 분리 및 표면 재습윤화.

본 발명의 열 교환 소자의 표면에서 스파이크는 날카롭고, 그 결과 상기 단계의 효율적인 성능, 그 결과 열 전달을 촉진시킨다. 또한, 스파이크는 스파이크의 선단으로 열의 유동을 집중시켜, 상기 공정을 촉진시킨다.

또한, 코팅의 추가 바람직한 특징은 특히 핵 비등 레짐에서 열 전달의 개선에 기여한다. 이들은 스파이크의 크기 및 형상, 스파이크의 밀도, 표면 상의 공극 또는 캐비티 크기 및 공극/캐비티의 밀도를 포함한다(공극 또는 캐비티는 스파이크들 사이에서 이격되고, 이들은 하기에서 더욱 상세하게 논의된다). 표면은 기포를 생성하기에 충분한 스파이크의 존재와 기포를 저장 및 성장시키기에 충분한 공극/캐비티의 존재 사이에 유리한 균형을 갖는 것으로 여겨진다. 기포 핵 형성은 스파이크의 선단에서 또는 그 근처에서 발생하는 것으로 여겨지고, 따라서 코팅에서 고밀도 스파이크는 유리하게는 다수의 핵 생성 부위를 제공하여, 기포의 효율적인 생성을 가능하게 한다. 기포 성장 동안, 열은 기포 내에서 가스를 생성하기 위해 액체의 비등에 의해 기포로 전달된다. 기포 성장은 열 전달에 유리하고, 공극 및 캐비티와 같은 기포 성장 부위의 존재에 의해 촉진된다. 본 발명의 코팅은 기포 성장을 촉진 시키기에 충분히 큰 공극/캐비티의 밀도를 갖지만, 기포 핵 생성 부위의 수가 손상될 정도로 너무 크지는 않다. 또한, 본 발명의 코팅에서 공극/캐비티의 크기는 효율적인 기포 성장을 촉진시키기에 적당한 것으로 여겨진다. 또한, 표면은 표면으로부터 쉽게 기포를 떼어내기 위해 쉽게 재-습윤화 가능하다. 따라서, 스파이크의 크기의 조절, 및 스파이크들 사이의 공극 또는 캐비티의 크기의 조절은 비등 레짐에 의한 열 전달을 촉진시키는데 유리한 것으로 여겨진다.

본 발명의 열 교환 소자는 상기 소자에 의해 정의되는 유로 상에 다양한 영역에서 스파이크의 길이에 변화를 제공한다. 유로는 유체가 열 교환 소자의 표면 위로 유동시킬 수 있는 루트이다. 하나의 영역에서, 유로의 단부에서, 평균 스파이크 길이는 유로 상의 다른 지점에서 다른 영역에서보다 더 길다. 다양한 영역은 다양한 종류의 열 전달에 맞춰질 수 있는 것으로 여겨진다. 더 긴 평균 스파이크 길이, 따라서 더 깊은 캐비티/공극을 갖는 제1 영역은 열 교환 소자의 유로를 따라 통과하는 유체의 핵 비등을 증진시키는데 더욱 적합하다. 제2 영역은 핵 비등을 촉진시키는데 덜 적합하며, 열 교환 소자의 유로를 따라 통과하는 유체의 막 비등을 촉진시키는데 더 적합하다. 따라서, 본 발명의 열 교환 소자는 유리하게는 적어도 두 종류의 열 전달 체제에 적합한 영역을 제공한다.

본 발명의 열 교환 소자의 유로를 따라 이러한 영역의 배열은 유동 비등 동안 열 전달을 촉진시키는 것을 돕는 것으로 더 추측된다. 더 긴 스파이크의 영역은 냉각된 유체는 유로를 따라 이의 유동을 시작할 수 있는 유로의 단부에서 유리하게 배열된다. 핵 비등은 이 영역에서 시작될 수 있다. 유체가 유로를 따라 유동에 따라, 유체는 유로를 따라 더 효율적인 막 비등 레짐의 확립을 도울 수 있는 더 짧은 스파이크의 제2 영역과 만난다.

열 교환 소자

본 명세서에서 "본 발명의 열 교환 소자"에 대한 언급은 제1항에서 정의된 바와 같은 열 교환 소자를 나타내는 점을 유의해야 한다. 열 교환 소자에 대한 언급은 본 발명의 무전해 도금 공정에 따라 형성될 수 있는 열 교환 소자를 나타낸다. 바람직한 양태에서, 열 교환 소자는 제1항의 특징 전체를 포함하고, 본 발명의 열 교환 소자이다.

"열 교환 소자"는 자체로부터 그 주변으로 열을 전달하기에 적합한 고체 대상을 의미한다. 주변은, 예를 들어 열 교환 소자에 인접한(및 보통 접촉하는) 고체 또는 유체일 수 있다. 열 교환 소자는 공급원으로부터 열을 흡수할 수 있다. 열 공급원은, 예를 들어 열 교환 소자에 열 교환 소자에 인접한(및 보통 접촉하는) 고체 또는 유체일 수 있다. 따라서, 본 발명의 열 교환 소자는 그 주변에 그 자체를 통해 공급원으로부터 열을 전달할 수 있는 고체 대상이다. 특히, 액체는 끓을 수 있기 때문에 본 발명의 열 교환 소자는 유체, 특히 액체에 열을 전달하는데 적합한다.

본 발명의 열 교환 소자는 유체의 유동을 위한 유로로 정의된다. 본 발명의 열 교환 소자가 아닌 열 교환 소자는 유체의 유로로 정의될 수도 있다. 유로라고도 하는 유체의 유동을 위한 유로는, 유체가 열 교환 소자의 표면 위로 유동시킬 수 있는 루트이다. 따라서, 유로는 열 교환 소자의 노출된 표면의 적어도 일부를 포함한다. 열 교환 소자의 노출된 표면은 주변과 직접 접촉하게 될 수 있는 것이다. 유로는, 유체가 유체와 접촉하게 될 수 있도록 노출되어야 한다. 예를 들어, 열 교환 소자가 플레이트의 형태인 경우, 유로는 플레이트 표면 위의 임의의 루트일 수 있다. 일부 양태에서, 유로는 열 교환 소자를 통과할 수 있다. 예를 들어, 열 교환 소자는 유체가 소자를 통해 유동시키는 하나 이상의 채널(들)(개방 채널 또는 폐쇄 채널, 즉 튜브를 포함함)을 포함할 수 있고; 이 경우에, 유로는 열 교환 소자를 통한 하나 이상의 채널(들)의 적어도 일부를 포함할 수 있다.

유로는 일반적으로 열 교환 소자의 전달 영역의 전체 또는 일부이다. "전달 영역"은 열이 전달될 유체와 접촉할 수 있는 열 교환 소자의 영역을 의미한다(이러한 유체는 작동 유체 또는 냉매라고도 함). 일부 양태에서, 유로는 유로는 열이 전달될 유체(냉매)와 접촉할 수 있는 열 교환 소자의 전체 표면적이다. 다른 양태에서, 유로는 열이 전달될 유체를 접촉할 수 있는 열 교환 소자의 표면적의 일부만을 포함할 수 있다. 열 교환 소자가 욜이 전달될 유체를 수용하기 위한 채널(또는 유동 채널)을 포함하는 경우에, 일부 양태에서, 유로는 유동 채널의 표면의 일부를 포함한다. 다른 양태에서, 유로는 유동 채널의 표면 전체를 포함한다.

열 교환 소자가 유동 채널을 포함하는 경우에, 유로의 단부는 유동 채널의 단부에 위치할 수 있다. 예를 들어, 유로의 단부는 유동 채널의 입구에 위치할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 유로의 단부는, 예를 들어 유동 채널의 입구로부터 먼 유동 채널(단부가 아님) 내에 위치할 수 있다. 일반적으로, 유로의 단부는 열이 전달될 유체에 의해 먼저 접촉되는 열 교환기 상의 위치에 있다. 일반적으로, 유로의 단부는, 열이 전달될 유체가 우선 본 명세서에 기술된 코팅과 접촉하는 곳에 위치한다.

열 교환 소자(5)의 단면도는 도 2f에 도시된다. 열 교환 소자(5)는 제1 유동 채널 및 제2 유동 채널을 가지며, 각각은 입구(3)를 갖는다. 제1 유동 채널은 코팅(1)을 포함하지만, 기판(2)은 제2 유동 채널에 코팅되지 않는다. 제1 유동 채널은 이를 통한 유로(4)를 정의한다.

유로는 보통 연속적이고, 이는 유체가 열 교환 소자와 연속적으로 접촉하면서 유동할 수 있는 경로임을 의미한다. 유로는 열 교환 소자의 하나 이상의 표면, 예를 들어 내부 표면 및 외부 표면을 포함할 수 있다.

유로가 유체가 유동하도록 지시되는 경로를 반드시 구성하는 것이 아님을 유의해야 한다. 오히려, 유로는 유체가 접촉할 수 있고, 그 결과 유체가 흐를 수 있는 열 교환 소자의 노출된 표면의 적어도 일부를 구성한다.

열 교환 소자(예를 들어, 본 발명의 열 교환 소자)는 제품에 포함될 수 있다. 본 발명의 일 양태에서, 열 교환 소자는 열 교환기에 포함된다. 본 발명의 다른 양태에서, 열 교환 소자는 공기 조절 단위, 냉장고, 열 회수 시스템, 라디에이터, 히트 싱크, 태양열 수집기, 보일러, 또는 미니 열 교환기 또는 마이크로채널 열 교환기와 같은 열 교환기에 포함된다.

코팅

열 교환 소자는 열 교환 소자로부터 열 전달을 증진시키는 코팅을 포함할 수 있다. 따라서, 열 교환 소자는 코팅을 통해 효율적으로 그 주변에 열을 전달할 수 있다. 따라서, 일반적으로, 열 교환 소자의 코팅은 열 교환 소자의 열 전달 표면 상에 존재한다. 열 전달 표면은 주변에 열을 전달하기에 적합한 열 교환 소자의 표면이다. 열 전달 표면은 직접적으로 또는 간접적으로 주변과 접촉할 수 있고; 예를 들어, 열 전달 표면은 주변과의 직접 접촉으로부터 분리되는 하나 이상의 층을 가질 수 있다. 일반적으로, 코팅은 열전달 표면 상에 직접 존재한다.

열 교환 소자의 노출된 표면은 주변에 노출되는 표면이다. 일반적으로, 코팅의 적어도 일부는 노출된 표면이다. 그러나, 일부 양태에서, 코팅 상에 추가 층이 존재하여, 추가 층(들)이 노출된 표면을 형성한다.

본 발명의 열 교환 소자에서, 유로의 적어도 일부는 코팅으로 코팅된다. 일부 양태에서, 전체 유로는 코팅으로 코팅된다. 이러한 양태는, 열 교환 소자가, 예를 들어 유로를 따라 유동하는 접촉하는 유체로 열 전달을 최대화할 수 있기 때문에 바람직할 수 있다.

또한, 코팅은 열 교환기 상에 어느 부분에나 존재할 수 있다(즉, 유로를 따르는 부분 이외에). 유리하게는, 코팅은 유체에 열을 전달하기 위한 열 교환 소자의 일부에만 존재할 수 있다. 이는 재료의 낭비를 최소화 한다.

코팅은 연속적인 코팅일 수 있고, 기판의 전체 코팅된 부분 또는 부분들은 코팅으로 커버된다. 대안적으로, 코팅은 불연속적이어서, 코팅이 기판 상에 존재하지 않는 경우 기판의 코팅된 부분 상에 코팅에서 갭이 존재할 수 있다. 바람직하게는, 코팅은 도 2b에 도시되는 바와 같이 연속적인 코팅이다.

본 발명의 열 교환기에서, 코팅은 스파이크를 포함한다. 그러나, 코팅의 모든 재료가 필수적으로 스파이크에 배열되는 것은 아니고; 또한, 코팅은 기판 표면 상에 분포된 재료를 포함할 수 있다. 따라서, 연속적인 코팅은 갭 없이 스파이크를 나란히 배치할 필요가 없다.

본 발명의 열 교환 소자에서, 코팅은 복수의 스파이크를 포함한다. "스파이크"는 구조물의 다른 말단에서 더 얇은 부분으로 가늘어지는 구조물의 하나의 말단에서 더 두꺼운 부분을 갖는 구조물을 의미한다. 따라서, 스파이크는 뾰족한 상부를 갖는 구조물로 또는 가늘어지는 구조물로 기재될 수 있다. 스파이크 (바닥(base))의 가장 두꺼운 부분은 일반적으로 기판에 가장 가까운 스파이크의 말단에 있으며, 구조물 (선단)의 가장 얇은 부분은 일반적으로 기판에서 가장 먼 스파이크의 말단에 있다.

스파이크의 바닥은 스파이크의 가장 짧은 측의 단면과 교차하는 스파이크의 가장 작은 단면으로 정의된다. 예를 들어, 스파이크가 평평한 표면에 대해 직각으로 연장되는 경우, 스파이크의 모든 측면(즉, 스파이크의 하나의 말단에서 다른 말단까지의 거리)은 동일한 길이를 가지며, 스파이크의 선단은 바닥과 직각을 형성하는 선을 따라 놓인다. 따라서, 스파이크의 바닥은 기판과의 접촉면에서의 스파이크의 단면이다. 이는 도 2a의 왼쪽 이미지에 도시되어 있다. 그러나, 스파이크가 평평한 표면에서 45 °로 연장되면, 이의 선단이 바닥 위에 전혀 놓이지 않을 수 있다. 이 경우에, 기판에서 스파이크 선단까지 측정된 스파이크 측면의 길이는 측정 위치에 따라 달라질 것이다. 따라서, 스파이크의 바닥은 가장 짧은 측의 바닥에 위치하고, 바닥에 대해 45 °로 기울어진다(도 2a의 오른쪽 이미지).

스파이크는 보통 대략 원뿔-형태이다. 즉, 스파이크는 원형 바닥 및 바닥에 직각으로 연장되는 축을 따라 놓인 선단을 갖는 원뿔에 가까울 수 있다. 대략적으로 원형의 바닥은 실제 바닥을 포함하는 가장 작은 원으로 취해진다.

·스파이크의 길이는 이러한 대략적인 원뿔 형태에서 원형 바닥의 중앙으로부터 스파이크 선단까지의 거리로 취해진다.

·스파이크의 기본 반경은 대략적인 원형 바닥의 반경이다.

·원뿔 각도는 스파이크 선단에서 측정된 원뿔의 측면이 중심축과 이루는 각도이다.

코팅은 100 ㎛ 이하의 길이의 복수의 스파이크를 포함한다. 일반적으로, 코팅은 적어도 1 ㎛의 길이를 갖는 스파이크를 포함한다. 또한, 코팅은 일반적으로 50 ㎛ 이하의 길이를 갖는 스파이크를 포함한다. 따라서, 일반적으로, 코팅은 1 ㎛ 이상 및 50 ㎛ 이하의 길이를 갖는 복수의 스파이크를 포함한다. 바람직하게는, 스파이크는 1 내지 15 ㎛, 예를 들어 2 내지 10 ㎛, 예를 들어 3, 4, 5, 6 또는 7 ㎛의 길이를 갖는다.

복수의 스파이크에서 스파이크의 원뿔 각도는 일반적으로 작다. 원뿔 각도는 일반적으로 40 °미만이다. 일부 양태에서, 원뿔 각도는 2 °내지 30 °, 예를 들어 약 5 °또는 약 10 °또는 약 20 °이다. 원뿔 각도의 맥락에서, 대략적인 값은 ± 5 °, 예를 들어 ± 2 °로 변할 수 있다.

스파이크의 원뿔 각도는 스파이크 길이와 관계 없이 상기 지정된 범위 내에서 유지된다. 따라서, 복수의 스파이크에서 스파이크의 스파이크 기본 반경은 스파이크 길이에 따라 증가한다. 일반적으로, 스파이크 기본 반경은 5 ㎛ 미만이다. 예를 들어, 스파이크 기본 반경은 0.05 ㎛ 내지 3 ㎛, 바람직하게는 0.1 ㎛ 내지 2 ㎛ 또는 0.2 ㎛ 내지 1 ㎛일 수 있다. 일부 양태에서, 스파이크 길이는 1 내지 15 ㎛이고, 스파이크 기본 반경은 0.2 내지 3 ㎛이다. 일부 양태에서, 스파이크 길이는 1 내지 10 ㎛이고, 스파이크 기본 반경은 0.1 내지 2 ㎛이다. 일부 양태에서, 스파이크 길이는 2 내지 10 ㎛이고, 스파이크 반경은 0.2 내지 1 ㎛이다.

스파이크 길이, 원뿔 각도 및 스파이크 기본 반경은 코팅의 SEM 이미지를 취하고 그 이미지에서 관찰된 스파이크 또는 스파이크들에 대략적인 원뿔을 피팅함으로써 모두 산출될 수 있다. 피팅은 눈 또는 컴퓨터 모델링에 의해 수행될 수 있다.

스파이크는 일반적으로 서로에 가깝게 배열된다. 코팅에서 스파이크의 밀도(즉, 단위 면적 당 스파이크의 수)는 보통 기본 반경이 작을수록 스파이크를 더 밀착시킬 수 있으므로 스파이크 기본 반경에 따라 달라진다. 일반적으로, 코팅은 100 μm²당 5 이상의 스파이크, 예를 들어 100 μm²당 적어도 10 스파이크, 또는 100 μm²당 적어도 20 스파이크를 포함한다. 또한, 스파이크의 기본 반경은 스파이크의 밀도에 대략적인 상한을 부여하지만; 그러나, 스파이크가 클러스터 내에 배열되는 경우(하기 참조), 스파이크의 밀도는 증가될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 코팅은 100 μm²당 500 이하의 스파이크, 예를 들어 100 μm²당 200 이하의 스파이크를 포함한다. 바람직하게는, 코팅은 100 μm²당 5 내지 500, 예를 들어 5 내지 200의 스파이크를 포함한다.

코팅은 평균 스파이크 길이가 S₁인 유로의 단부에서의 제1 영역과, 평균 스파이크 길이가 S₂인 유로 상의 제2 영역을 포함한다. "평균 스파이크 길이(average spike length)"는 "평균 스파이크 길이(mean spike length)"를 의미한다. 평균 스파이크 길이는 영역에서 각 스파이크의 길이를 확립하고, 그로부터 평균을 산출함으로써 산출될 수 있다. 보다 편리하게는, 평균 스파이크 길이는 영역에서 대표적인 스파이크 샘플에 기초하여 산출될 수 있다. S₁ 및 S₂는 100 ㎛ 이하의 값을 취할 수 있다. S₁ 및 S₂는 일반적으로 적어도 1 ㎛이다. 또한, S₁ 및 S₂는 일반적으로 50 ㎛ 이하이다. 따라서, 일반적으로 S₁ 및 S₂는 1 ㎛ 이상 및 50 ㎛ 이하이다. 바람직하게는, S₁ 및 S₂는 1 내지 15 ㎛, 예를 들어 2 내지 12 또는 2 내지 10 ㎛이다.

"영역"은 기판의 표면 상에 코팅의 영역을 의미한다. 영역은 일반적으로 적어도 20 μm²의 영역, 예를 들어 적어도 50 μm²의 영역이다.

제1 영역(S₁)에서의 평균 스파이크 길이는 제2 영역(S₂)에서의 평균 스파이크 길이보다 더 크다. 일반적으로, S₂는 S₁의 95% 이하이다. 일부 양태에서, S₂는 S₁의 90% 이하, 예를 들어 S₁의 80% 이하이다. 보통, S₂는 S₁의 적어도 10%, 예를 들어 S₁의 적어도 40%이다. 예를 들어, S₂는 S₁의 10% 내지 S₁의 95% 또는 S₁의 50% 내지 90%일 수 있다.

S₁은 100 ㎛ 이하일 수 있다. 일반적으로, S₁은 1 내지 50 ㎛이다. 바람직한 양태에서, S₁은 1 내지 20 ㎛, 예를 들어 2 내지 15 ㎛이다. S₂는 100 ㎛ 이하일 수 있다. 일반적으로, S₂는 1 내지 50 ㎛이다. 바람직한 양태에서, S₂는 0.2 내지 10 ㎛, 예를 들어 0.5 내지 10 ㎛이다. 일 양태에서, S₁은 1 내지 20 ㎛이고, S₂는 0.2 내지 12 ㎛이고, 예를 들어 S₁은 2 내지 12 ㎛이고, S₂는 0.5 내지 10 ㎛이다. 일부 양태에서, S₁과 S₂사이의 차이는 0.1 ㎛ 이하, 예를 들어 0.5 ㎛ 이하 또는 1 ㎛ 이하이다. 예를 들어, S₁과 S₂사이의 차이는 0.1 내지 5 ㎛일 수 있다.

제1 영역은 열 교환 소자에 의해 정의된 유로의 말단에 위치한다. 예를 들어, 유로가 열 교환기를 통한 유동 채널(예를 들어, 튜브)을 포함하는 경우, 제1 영역은 유동 채널의 말단에 위치할 수 있다. 그러나, 일부 양태에서, 유로는 이러한 유동 채널의 말단에서 정확하게 시작되지 않을 수 있어서, 제1 영역은 유동 채널 내부에 어떤 방식으로 위치할 수 있다. 제2 영역은 제1 영역으로의 유로 상의 다른 곳에 위치한다. 예를 들어, 제2 영역은 유동 채널의 중심을 향해 위치할 수 있다.

제1 및 제2 영역은 서로로부터 분리될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 열 교환 소자에서, 제1 및 제2 영역은 다른 판이나 핀(fin) 또는 다른 유동 채널 내에 위치할 수 있다. 즉, 본 발명의 일부 양태에서, 제1 및 제2 영역은 코팅의 비연결된 부분에 존재할 수 있다. 본 발명의 다른 양태에서, 제1 및 제2 영역은 코팅의 동일한 부분에 위치할 수 있다.

특정 양태에서, 본 발명의 열 교환기 소자는 코팅을 포함하고, 상기 코팅은 평균 스파이크 길이가 S₁인 유로의 말단에 제1 영역을 포함하고, 상기 평균 스파이크 길이는 제1 영역을 시작하는 유로의 적어도 일부를 따라 감소된다. 이러한 양태에서, 제2 영역은 유로의 상기 부분을 따라 임의의 영역(제1 영역 이외에)일 수 있다. 이러한 양태의 바람직한 측면에서, 평균 스파이크 길이는 유로의 적어도 일부를 따라 눈금이 매겨져서, 가장 긴 평균 스파이크 길이는 유로의 말단에서 발생하고, 평균 스파이크 길이는 말단으로부터 멀어지는 유로를 따라 감소한다. 이러한 측면은 도 2d에 도시된다. 본 발명의 이러한 측면에 따른 코팅은 본 발명의 방법에 의해 편리하게 달성될 수 있다. 예를 들어, 기판이 무전해 도금 용액에 노출되는 시간은 용액으로 기판을 매우 느리게 딥핑함으로써 유로를 따라 달라질 수 있다. 대안적으로, 유로를 따라 달라지는 농도 구배를 갖는 무전해 도금 용액은 기판에 제공될 수 있다.

따라서, 일 양태에서, 평균 스파이크 길이는 유로의 전체 또는 일부를 따라 눈금이 매겨진다. "눈금이 매겨진(graduated)"은, 평균 스파이크 길이가 일정한 방향으로의 변화, 즉 단계-변화 대신에 점진적인 또는 증가되는 변화를 보여준다. 예를 들어, 유로를 따라 일련의 이웃하는 위치에서 측정된 평균 스파이크 길이는 각각의 위치에서 연속적으로 더 커질 수 있다. 이러한 양태의 일 측면에서, 평균 스파이크 길이는 유로의 하나의 말단에서 다른 말단으로 증가한다. 유로가 유동 채널 또는 유동 채널의 일부와 일치하는 경우, 평균 스파이크 길이는 유동 채널의 하나의 말단에서 다른 말단으로 증가할 수 있다.

본 발명의 열 교환 소자의 코팅은 평균 스파이크 길이가 S₃인 제3 영역을 포함할 수 있다. 제3 영역은 일 실시예에서 열 교환 소자에 의해 정의되는 유로 상에 놓일 수 있다. S₃은 100 ㎛ 이하일 수 있다. 일반적으로, S₃은 1 내지 50 ㎛이다. 바람직하게는, S₃은 1 내지 20 ㎛, 예를 들어 1 내지 15 ㎛, 예를 들어 2 내지 12 또는 2 내지 10 ㎛이다. 제3 영역(S₃)에서 평균 스파이크 길이는 일반적으로 제1 영역(S₁)의 규모와 유사하고, 제2 영역(S₂)에서 평균 스파이크 길이보다 더 크다. 일반적으로, S₂는 S₃의 95% 이하이다. 일부 양태에서, S₂는 S₃의 90% 이하, 예를 들어 S₃의 80% 이하이다. 보통, S₂는 S₃의 적어도 10%, 예를 들어 S₃의 적어도 40%이다. 예를 들어, S₂는 S₃의 10% 내지 S₃의 95% 또는 S₃의 50% 내지 90%일 수 있다. S₃은 일반적으로 S₁의 95 내지 105%, 예를 들어 99 내지 101%이다.

일 양태에서, 제3 영역은 유로의 말단에 위치한다. 이러한 양태에서, 코팅은 평균 스파이크 길이가 S₁인 유로의 말단에 제1 영역, 평균 스파이크 길이가 S₂인 유로 상의 제2 영역, 및 평균 스파이크 길이가 S₁인 유로의 다른 말단 상의 제3 영역을 포함하고, S₁은 S₂보다 더 크다. S₁ 및 S₂는 상기 정의된 바와 같을 수 있다. 이러한 양태에서, 평균 스파이크 길이는 유로를 따라 점진적으로 감소하고 점진적으로 증가하는 것을 보여준다.

코팅에 포함되는 복수의 스파이크는 날카로운 선단을 갖는다. 상기 설명되는 바와 같이, 스파이크의 날카로움은 핵 비등을 증진시킨다. 따라서, 스파이크는 보통 선단에서 얇다. 일반적으로, 스파이크의 선단에서 두께는 100 nm 이하이다. 이는, 스파이크의 말단(대략적인 원뿔의 선단에서)에서 발생하는 스파이크의 최대 직경이 100 nm 이하인 것을 의미한다. 예를 들어, 스파이크의 선단에서 두께는 0.1 내지 100 nm일 수 있다. 바람직하게는, 스파이크의 두께는 60 nm 이하이다. 예를 들어, 스파이크의 선단에서의 두께는 1 내지 50 nm일 수 있다.

본 발명의 일부 양태에서, 스파이크는 클러스터 내에 배열된다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 기재되는 바와 같은 기판 및 코팅을 포함하는 열 교환 소자를 제공하고, 상기 코팅은 하나 이상의 클러스터 내에 배열되는 복수의 스파이크를 포함한다. 각각의 클러스터는 둘 이상의 스파이크를 포함한다. 특히 우수한 열 전달 효능은 클러스터를 포함하는 열 교환 소자를 사용하여 관측되었다.

클러스터 내에 상기 2개의 스파이크의 수는 특히 제한되지 않는다. 바람직하게는, 클러스터는 5개 이상의 스파이크를 포함한다. 일반적으로, 클러스터는 5 내지 500개의 스파이크를 포함한다.

클러스터는 일반적으로 스파이크의 꽃과 같은(flower-like) 배열이다. 클러스터는 노드(node)로부터 돌출되는 둘 이상의 스파이크를 포함한다. 노드는 클러스터의 스파이크가 바깥쪽으로 돌출되는 코팅 재료의 체적이다. 노드는 대략 구형 또는 반구형의 형상일 수 있다. 스파이크는 대략적으로 방사상 방식으로(즉, 대략적으로 구형 또는 반구형 노드의 반경을 따르는 방향으로) 노드로부터 돌출된다. 그러나, 방사상 배향에서 상당한 편차가 가능하고, 따라서 각각의 스파이크는 구형 또는 반구형의 반경을 따라 완전히 놓이지 않을 수 있다. 클로스터 및 노드는 도 2c에 도시된다.

노드는 50 ㎛ 이하의 직경(노드에 근접한 구형 또는 반구형의 직경에 대응하는)을 가질 수 있다. 일반적으로, 노드의 직경은 0.05 내지 50 ㎛, 예를 들어 0.1 내지 20 ㎛, 또는 0.5 내지 10 ㎛이다. 노드가 매우 작은 경우, 노드는 편리하게는 스파이크가 돌출되는 지점으로 생각될 수 있다.

클러스터는 높이 및 직경을 갖는 것으로 기재될 수 있다. 높이는 기판에 수직인 최장 거리이다. 직경은 클러스터 위에서 수직으로 보았을 때 클러스터를 둘러싸는 기판의 평면에서 최소 원의 직경이다. 클러스터의 높이 및 직경은 클러스터를 포함하는 코팅의 SEM 이미지를 취하고, 눈 또는 컴퓨터 모델링에 의해 높이 및 직경을 피팅함으로써 결정될 수 있다.

클러스터의 직경은 일반적으로 200 ㎛ 미만이다. 클러스터의 직경은 일반적으로 1 내지 200 ㎛이다. 바람직하게는, 클러스터의 직경은 2 내지 100 ㎛, 더욱 바람직하게는 5 내지 50 ㎛ 또는 10 내지 50 ㎛, 예를 들어 10 내지 40 ㎛이다.

클러스터의 높이는 일반적으로 200 ㎛ 미만이다. 클러스터의 높이는 일반적으로 0.5 내지 150 ㎛이다. 바람직하게는, 클러스터의 높이는 1 내지 100 ㎛, 더욱 바람직하게는 2 내지 50 ㎛, 예를 들어 5 내지 30 ㎛이다.

클러스터의 밀도(즉, 단위 면적 당 클러스터의 수)는 클러스터 직경에 따라 달라질 것이다. 코팅이 클러스터를 포함하는 경우, 클러스터의 밀도는 일반적으로 100 μm² 당 100 클러스터 이하이다. 바람직하게는, 클러스터의 밀도는 100 μm² 당 0.5 내지 50 클러스터, 예를 들어 100 μm² 당 1 내지 25 클러스터이다.

코팅이 클러스터를 포함하는 경우, 제1 영역은 제2 영역보다 더 큰 밀도의 클러스터를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 코팅이 클러스터를 포함하는 경우, 제1 영역에서 클러스터의 평균 직경은 제2 영역에서 클러스터의 평균 직경보다 더 클 수 있다. 이러한 맥락에서 평균 직경은 평균 직경을 의미한다. 평균 클러스터 직경은 영역에서 직경을 확립하고, 이러부터 평균을 산출함으로써 산출될 수 있다. 더욱 편리하게는, 평균 클러스터 직경은 영역에서 클러스터의 대표적인 샘플을 기준으로 산출될 수 있다.

코팅에서 스파이크 및/또는 클러스터의 존재는 캐비티 및 공극을 발생시킨다. "공극"은 인접한 클러스터들 사이의 공간을 의미하고; "캐비티"는 인접하는 스파이크들 사이의 공간을 의미한다. 따라서, 캐비티는 일반적으로 공극보다 더 작다. 공극의 형태는 특별히 제한되지 않는다. 공극은 깊이, 폭 및 길이를 갖는 것으로 기재될 수 있다. 공극의 깊이는 기판에 가장 가까운 공극의 일부로부터 인접하는 클러스터의 최대 높이까지의 최대 거리이다(기판에 수직인 방향에서). 공극의 길이는 기판 표면의 평면에서 공극의 가장 큰 직선 범위이다. 공극의 폭은 공극의 평면에서의 그 길이에 수직인 공극의 가장 큰 직선 범위이다. 표면의 다른 특성과 마찬가지로, 이들 파라미터는 코팅의 SEM 이미지를 취하고, 눈 또는 컴퓨터 모델링을 통해 파라미터를 피팅함으로써 결정될 수 있다.

일반적으로, 공극의 깊이는 부근의 클러스터의 높이와 대략적으로 동일하다. 따라서, 공극의 깊이는 일반적으로 200 ㎛ 미만이다. 공극의 깊이는 일반적으로 0.5 내지 150 ㎛이다. 바람직하게는, 공극의 깊이는 1 내지 100 ㎛, 더욱 바람직하게는 2 내지 50 ㎛, 예를 들어 5 내지 30 ㎛이다.

일반적으로, 공극의 길이는 500 ㎛ 미만이다. 공극의 길이는 일반적으로 2 내지 250 ㎛이다. 바람직하게는, 공극의 길이는 10 내지 100 ㎛, 예를 들어 20 내지 85 ㎛이다.

일반적으로, 공극은 100 ㎛ 미만이다. 공극의 폭은 일반적으로 0.5 내지 50 ㎛이다. 바람직하게는, 공극의 폭은 1 내지 25 ㎛, 예를 들어 4 내지 20 ㎛이다.

상이한 종류의 코팅 (예를 들어, 스파이크 길이 또는 클러스터의 존재 또는 부재의 변화)이 상이한 유체로의 가장 효율적인 열 전달에 적합할 수 있다고 추측된다. 스파이크 및 캐비티/공극의 밀도, 및 이들의 크기는 기포 형성의 밀도 및 기포가 이동 및 성장하는 부위를 결정한다. 이는 열 전달 특성에 영향을 준다. 클러스터의 존재는 공극을 제공하므로, 클러스터를 갖는 열 교환 소자는 더 큰 기포의 형성 및 성장에 의해 열이 효율적으로 전달될 수 있는 유체로의 열 전달에 가장 적합하다. 따라서, 본 발명의 열 교환 소자에서의 코팅은 다양한 열 전달 특성을 갖는 다양한 유체의 범위로 최적화된 열 전달을 제공하기 위해 달라질 수 있다. 유체는 유기 냉매, 물, 액체 N₂ 또는 CO₂ 등과 같은 다른 종들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유기 냉매는 하이드로플루오로올레핀(HFO), 하이드로플루오로카본(HFC), 플루오로카본(FC) 및 하이드로카본을 포함할 수 있다. 다른 예시적인 유체는 암모니아이다.

열 교환 소자에서 코팅의 두께는 특별히 제한되지 않는다. 코팅의 두께는 기판으로부터 코팅 재료의 에지(edge)까지 가장 큰 수직 거리로 정의될 수 있다. 일반적으로, 코팅의 두께는 적어도 1 ㎛, 예를 들어 적어도 2 ㎛이다. 일반적으로, 코팅의 두께는 200 ㎛ 이하이다. 바람직하게는, 코팅의 두께는 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 예를 들어 2 내지 50 ㎛이다. 일 양태에서, 본 발명은 열 교환 소자를 제공하고, 코팅의 두께는 10 ㎛ 이상이다. 다른 양태에서, 본 발명은 열 교환 소자를 제공하고, 코팅의 두께는 2 내지 50 ㎛이다.

기판의 단위 면적 당 코팅의 정확한 중량은 그 안에 있는 코팅 및 재료의 구조에 따라 달라질 것이다. 일반적으로, 기판의 단위 면적 당 코팅의 중량은 적어도 10 g m^- ²이다. 일반적으로, 기판의 단위 면적 당 코팅의 중량은 900 g m^-2이하이다. 보통, 기판의 단위 면적 당 코팅의 중량은 20 내지 500 g m^-2, 바람직하게는 30 내지 400 g m^-2이다.

코팅은 하나 이상의 금속을 포함한다. 일반적으로, 코팅은 하나 이상의 전이 금속을 포함한다. 바람직하게는, 코팅은 바나듐, 크로뮴, 망간, 코발트, 니켈, 및 구리 중 하나 이상을 포함한다. 바람직한 양태에서, 코팅은 구리, 니켈, 또는 구리와 니켈의 합금을 포함한다. 본 발명의 특히 바람직한 양태에서, 코팅은 구리를 포함한다. 다른 특히 바람직한 양태에서, 코팅은 구리 및 니켈의 합금을 포함한다.

코팅은 보통 높은 금속 함량을 가지며, 즉 코팅은 주로 금속성이다. 보통, 코팅은 코팅의 적어도 50 중량%의 금속을 함유한다. 바람직한 양태에서, 코팅은 코팅의 적어도 70 중량%의 금속을 포함한다. 본 발명의 일 양태에서, 코팅은 코팅의 80 중량%의 금속을 포함한다. 특히 바람직한 양태에서, 코팅은 매우 높은 금속 함량, 예를 들어 코팅의 적어도 90 중량% 또는 적어도 99 중량%의 금속을 갖는다.

상기 기재된 구조 및 특징을 갖는 본 발명의 열 교환 소자의 코팅은 무전해 도금에 의해 편리하게 수득될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 양태에서, 코팅은 무전해 도금에 의해 수득될 수 있다. 이러한 양태의 일 측면에서, 코팅은 무전해 도금에 의해 수득될 수 있다. 예를 들어, 코팅은 일반적으로 본 명세서에 정의되는 바와 같은 무전해 유동 도금 공정에 의해 수득되거나 수득될 수 있다.

본 발명의 일 양태에서, 코팅은 코팅 상에 하나 이상, 예를 들어, 하나 또는 둘, 표면 층(surface layer)을 포함한다. "표면 층"은 코팅의 표면 상의 물질의 층을 의미한다. 따라서, 표면 층은 기판에 접촉하는 코팅의 측면에 대향하는 코팅의 측면 상의 재료의 층이다.

표면 층의 재료는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 표면 층은 하나 이상의 금속(들) 또는 하나 이상의 폴리머(들)을 포함할 수 있다. 표면 층은 하나 이상의 소수성 재료(들) 및/또는 하나 이상의 친수성 재료(들)을 포함하여 열 교환 소자의 습윤성을 조절할 수 있다. 표면 층은 하나 이상의 보호성 재료(들)을 포함하여, 마모 및 파열 또는 암모니아와 같은 가혹한 냉매의 영향으로부터 코팅을 보호할 수 있다.

바람직하게는, 표면층은 하나 이상의 전이 금속(들), 특히 니켈 또는 티타늄을 포함한다. 바람직한 양태에서, 표면 층은 니켈, 티타늄, 또는 니켈 및/또는 티타늄을 포함하는 합금으로 이루어진다. 바람직하게는, 표면 층은 니켈층이다. 일반적으로, 전이 금속을 포함하는 표면 층은 열 교환 소자의 노출된 표면 상에 있고, 즉 표면 층은 유로를 따라 유동하는 유체와 직접 접촉하게 된다. 일반적으로, 단일 표면층, 바람직하게는 상기 논의된 바와 같은 전이 금속을 포함하는 단일 층이 존재한다.

표면 층(들)은 코팅의 유리한 구조를 보존하기 위해 얇은 층(들)이다. 일반적으로, 존재하는 임의의 표면 층(들)의 총 두께는 500 nm 이하이다. 예를 들어, 존재하는 표면 층(들)의 총 두께는 1 내지 250 nm, 예를 들어 10 내지 200 nm일 수 있다.

기판

기판은 고체 물체이다. 기판은 일반적으로 일반적인 열 교환 소자 또는 이의 부분 또는 열 교환기 또는 이의 부분의 형태를 취하고, 그 후 본 발명에 따라 코팅된다.

적합한 기판의 예는, 쉘 및 튜브 열 교환기(shell and tube heat exchanger), 플레이트 열 교환기(plate heat exchanger), 브레이징된 플레이트 열 교환기(brazed plate heat exchanger), 개스킷 열 교환기(gasketed heat exchanger), 플레이트 및 쉘 열 교환기(plate and shell heat exchanger), 단열 휠 열 교환기(adiabatic wheel heat exchanger), 플레이트 핀 열 교환기(plate fin heat exchanger), 필로우 플레이트 열 교환기(pillow plate heat exchanger), 유체 열 교환기(fluid heat exchanger), 다이내믹 스크랩핑된 표면 열 교환기(dynamic scraped surface heat exchanger), 미니 열 교환기(mini heat exchanger) 및 마이크로채널 열 교환기(microchannel heat exchanger)를 포함한다. 적합한 기판의 다른 예는 열 교환기의 부품인 핀, 플레이트, 코일 또는 튜브와 같은 열 교환기의 부품을 포함한다. 적합한 기판의 또 다른 예는 보일러, 공기 조절기, 냉장고, 라디에이터, 히트 싱크, 태양열 수집기 또는 다른 유형의 열 전달 요소에 도입하기에 적합한 열 교환기 또는 열 교환기의 부품을 포함한다.

기판은 바람직하게는 열 전도체이다. 따라서 기판은 금속을 포함할 수 있다. 일 양태에서, 기판은 금속성 또는 금속 합금을 포함하는 금속 물체이다. 예를 들어, 기판은 탄소 스틸, 오스테나이트계 스테인리스 스틸, 마르텐사이트 스틸, 알루미늄 및 알루미늄 브론즈 및 알루미늄 실리콘 등과 같은 합금, 구리 및 그 합금, 티타늄 및 지르코늄 중 하나 이상으로 제조된 열 교환 소자와 같은 물체일 수 있다. 바람직하게는, 기판은 스테인리스 스틸 또는 티타늄을 포함하는 물체이거나, 또는 기판은 스테인리스 또는 티타늄으로 이루어진다. 이러한 금속은 이들이 부식에 저항하기 때문에 바람직하다.

기판은 비금속성일 수 있고, 실리콘, 또는 갈륨 나이트라이드와 같은 반도체를 포함한다. 기판은, 예를 들어 높은 열 전도성을 갖는 탄소 복합재를 포함할 수 있다. 일 양태에서, 기판은 카본 복합재로 제조될 수 있다.

기판은 하나 이상의 외부층(들)을 포함할 수 있다. 열 교환 소자(예를 들어, 본 발명의 열 교환 소자)에서, 외부층이 존재하는 경우, 기판의 외부층 전체 또는 부분은 기판과 코팅의 바디 사이에 위치한다. 일 양태에서, 단일 외부층은 기판 및 코팅의 바디와 접촉하여 존재한다. 다른 양태에서, 둘 이상의 외부층이 존재한다. 일반적으로, 외부층이 존재하면, 단일 외부층이 존재한다. 더욱 바람직하게는, 외부층이 존재하지 않아, 기판은 코팅과 직접 접촉한다.

사용되는 경우에, 외부층은 일반적으로 하나 이상의 금속(들) 또는 금속 합금(들)을 포함한다. 예를 들어, 외부층은 금속성 층일 수 있다. 특히 외부층이 티타늄, 니켈 또는 스테인리스 스틸을 포함하는 경우에 외부층은 기판의 내부식성을 개선하는데 유용하다. 또한, 외부층은 본 발명의 열 교환 소자의 제조 동안 코팅의 형성을 개선할 수 있고, 열 교환 소자에서 기판에 코팅의 부착을 개선할 수 있다.

열 교환 소자는 그 표면으로부터 그 표면에 접촉하는 유체까지 열을 전달하는데 적합하다. 상기 논의되는 바와 같이, 코팅의 구조는 핵 비등 및/또는 액체의 막 비등에 의해 효율적인 열 전달을 증진시켜서, 본 발명의 열 교환 소자는 특히 액체에 열을 전달하는데 적합하다. 따라서, 기판은 액체에 열을 전달하기에 적합하거나 적절한 물체이다. 일부 양태에서, 기판은 액체에 열을 전달하도록 고안된 열 교환 소자, 열 교환기 또는 열 교환기의 일부이다. 일부 양태에서, 기판은 액체에 열을 전달하기에 적합한 열 교환기이다.

본 발명의 특정 양태에서, 열 교환 소자는 유체 대 유체 열 전달, 예를 들어 가스 대 액체 열 전달 또는 액체 대 액체 열 전달에 적합할 수 있다. 따라서, 기판은 유체 대 유체 열 전달, 예를 들어 가스 대 액체 열 전달 또는 액체 대 액체 열 전달을 위해 고안된 열 교환기 또는 열 교환기의 일부일 수 있다.

액체와 같은 유체로 열을 전달하기에 적합한 열 교환 소자는 유체와 접촉하기에 적합한 표면을 갖는다. 열 교환 소자에 의해 열이 전달되는 유체는 "작동 유체(working fluid)"또는 "냉매"라고 할 수 있다. 일반적으로 그러나 필수적이지 않지만, 액체와 같은 유체로 열을 전달하기에 적합한 열 교환 소자는 열이 전달될 유체를 운반하기에 적합한 하나 이상의 유동 채널(들)을 포함한다. 따라서, 필수적이지 않지만, 일반적으로, 기판은 열이 전달될 액체와 같은 유체를 운반하기에 적합한 하나 이상의 유동 채널(들)을 포함한다.

열이 열 교환 소자로 전달되는 유체는 "열 전달 유체" 또는 "열 유체"라고 할 수 있다. 액체와 같은 유체로부터 열을 수용하기에 적합한 열 교환 소자는 일반적으로 유체로부터 열 교환 소자로 열을 전달하기에 적합한 하나 이상의 유동 채널 (들)을 포함한다. 따라서, 필수적이지 않지만 일반적으로, 기판은 열이 기판으로 전달될 수 있는 액체를 운반하기에 적합한 하나 이상의 유동 채널(들)을 포함한다.

본 발명의 일 측면에서, 열 교환 소자(예를 들어, 본 발명의 열 교환 소자)는 유체 대 유체 열 교환기, 바람직하게는 액체 대 액체 열 교환기, 예컨대 기체 대 액체 또는 액체 대 액체 열 교환기, 또는 이들의 일부이다. 따라서, 일반적으로, 기판은 열이 기판으로 전달될 수 있는 유체(예를 들어, 액체)를 운반하기에 적합한 하나 이상의 유동 채널(들), 및 기판으로부터 열이 전달될 수 있는 유체(바람직하게는, 액체)를 운반하기에 적합한 하나 이상의 유동 채널(들)을 포함한다.

"유동 채널"은 유체가 기판을 통과할 수 있는 채널을 의미한다. 유동 채널은 유체가 유동 채널을 들어가고/들어가거나 나올 수 있는 하나 이상의 개구부(opening)를 포함한다. 이러한 개구는 입구라고 할 수 있다. 대부분의 구성에서, 유동 채널은 그 길이(즉, 튜브)를 따라 모든 면에 둘러싸이고, 하나 이상의 말단에 개구부를 포함한다. 그러나, 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 유동 채널의 다른 구성이 가능하다.

열 교환 소자의 일 양태에서, 유로는 유동 채널을 포함하고, 코팅은 상기 유동 채널의 표면의 적어도 일부 상에 존재한다. 일반적으로 코팅은 유동 채널의 표면을 사실상 덮는다. 유동 채널의 표면은 유동 채널의 내부 표면을 의미한다. 유동 채널의 내부 표면은 유동 채널을 통해 유동하는 유체와 접촉하게 될 것이다. 유로는 전적으로 유동 채널 내에 위치할 수 있다. 즉, 유동 채널은 유로를 넘어 연장될 수 있다. 대안적으로, 유로는 유동 채널에 하나 이상의 개구부 (입구)까지 연장될 수 있다.

코팅은 냉매(예를 들어, 액체)로의 열 전달을 촉진시키는데 특히 유용하기 때문에, 코팅은 소자가 사용 중일 때 냉매가 접촉할 표면 또는 표면들(예를 들어, 유동 채널의 표면) 상에 유리하게 존재한다. 재료의 낭비를 피하기 위해, 코팅은 냉매와 접촉할 수 있는 열 교환 소자의 표면 또는 표면들 상에만 존재할 수 있다.

열 교환 소자는 이들의 표면 상에 존재하는 코팅을 갖지 않는 하나 이상의 유동 채널(들)을 포함할 수 있다. 이러한 코팅되지 않은 유동 채널은 열 교환 소자가 사용 중일 때 열 전달 유체를 운반하는데 유용할 수 있다. 열 전달 유체를 위한 이러한 유동 채널은 본 명세서에서 "제1 유동 채널"이라고 한다. 일반적으로, 열 교환 소자는 열 전달 유체가 열 교환 소자를 통해 냉매로 열을 전달할 수 있도록 배열된다.

본 발명의 열 교환 소자가 유동 채널의 표면 상에 존재하는 코팅을 갖는 유동 채널을 포함하는 경우, 제1 영역 (그 안에 평균 스파이크 길이 S₁을 갖는) 및 제2 영역 (그 안에 평균 스파이크 길이 S₂를 갖는)은 모두 유동 채널 내에 위치한다. 대안 적으로, 하나의 영역은 유동 채널에 위치할 수 있고, 다른 영역은 그렇지 않을 수 있다. 일 양태에서, 제1 영역은 유동 채널의 입구에 또는 근처에 위치하고, 제2 영역은 제1 영역보다 입구로부터 더 크게 떨어져 위치한다. 예를 들어, 제1 및 제2 영역이 유동 채널 내에 있는 경우, 코팅은 입구에서 또는 그 근처에서 더 긴 스파이크를 포함할 수 있고, 유동 채널을 따라 더 짧은 스파이크를 포함할 수 있으며, 예를 들어 스파이크 길이는 입구에서 또는 근처에서 채널을 따라 점진적으로 감소될 수 있다. 본 양태에 따른 열 교환 소자는 본 발명의 방법에 의해 편리하게 제조될 수 있다.

본 발명의 바람직한 양태에서, 열 교환 소자는 냉매, 바람직하게는 액체 냉매로 열을 전달하기에 적합하다. 열 교환 소자가 사용되는 경우, 하나 이상의 냉매 (들)를 포함할 수 있고; 예를 들어, 냉매(들)는 열 교환 소자의 하나 이상의 유동 채널 내에 존재할 수 있다. 따라서, 일 양태에서, 본 발명은 냉매를 포함하는 열 교환 소자를 제공한다. 즉, 본 발명은 작동 열 교환 소자가 본 발명의 열 교환 소자 및 냉매를 포함하는 작동 열 교환 소자를 제공한다. 이러한 양태의 추가 측면에서, 열 교환 소자는 열 전달 유체 (예를 들어, 열 교환 소자의 하나 이상의 유동 채널)도 포함한다.

냉매는 열을 수용하기에 적합한 유체, 바람직하게는 액체이다. CO₂, 질소, 암모니아, 물, 수용액, 할로겐화 알칸, 예를 들어 CFCs를 포함하는 유기 액체, 및 황계 냉매를 포함하는 다양한 액체가 적합하다. 열 전달 유체는 유체, 일반적으로 열 교환 소자에 열을 제공할 수 있는 액체이다. 물 및 오일과 같은 유기 액체를 포함하는 다양한 액체가 적합하다.

본 발명의 열 교환 소자의 열 전달 효율

본 발명의 열 교환 소자는 매우 효율적인 열 전달이 가능하다. 본 발명의 열 교환 소자의 열 전달 효율은 소결된 표면을 갖는 비교 가능한 기판의 열 전달 효능과 유사하거나 더 우수하다. 그러나, 유리하게는, 소결 표면을 갖는 비교 가능한 기판을 제조하는데 필요한 것보다 본 발명의 코팅된 열 교환 소자를 생성하는데 훨씬 적은 금속이 필요하다.

본 발명의 열 교환 소자는 연마된 표면을 갖는 비교 가능한 기판보다 더욱 효율적인 열 전달을 가능하게 한다. 일 양태에서, 본 발명의 열 교환 소자는 연마된 표면을 갖는 비교 가능한 기판보다 적어도 20% 높은 열 전달 효율, 예를 들어 연마된 표면을 갖는 비교 가능한 기판보다 적어도 30% 높은 또는 50% 높은 열 전달 효율을 갖는다. 열 전달 효율은 일반적으로 비교를 위해서 동일한 시스템(즉, 동일한 열 공급원 및 동일한 냉매를 가지고, 동일한 온도 또는 온도들에서)에 대해 산출된다. 이러한 비교의 목적에서 열 전달 계수는 일반적으로 유동 비등 영역에서, 200 kW m^-2 미만, 예를 들어 100 kW m^-2의 열 유속으로 산출된다. 연마된 표면은 등급 1200의 에머리 페이퍼(emery paper)로 연마된 표면이다. 연마된 표면은 일반적으로 테일러 홉슨 표면 프로파일러(테일러 홉슨 울트라 소프트웨어를 사용하는 Taylor Surf Series 2) 상에 측정된 평균 조도가 0.04 ㎛ 이하이다.

일 양태에서, 본 발명의 열 교환 소자는 약 80 kW m^-2의 열 유속에서 7000 W m^-2 K^-1 이상의 열 전달을 갖는다.

일 양태에서, 본 발명의 열 교환 소자는 동일한 시험 조건 하에서 연마된 표면을 갖는 비교 가능한 기판에 의해 보여주는 것의 50% 이하인 과열을 보인다. 바람직하게는, 본 발명의 열 교환 소자는 동일한 시험 조건 하에서 연마된 표면을 갖는 비교 가능한 기판에 의해 보여주는 것의 30% 이하인 과열을 보인다. 일반적인 시험 조건은 500 kW m^-2 이하, 예를 들어 20 kW m^-2의 열 유속 및 불량한 비등 실험 레짐을 포함한다. 과열은 열이 유체로 전달되는 표면의 온도와 유체의 온도 사이의 차이(켈빈으로)이다.

일 양태에서, 500 kW m^-2이하의 열 유속에서, 본 발명의 열 교환 소자는 10 K 이하의 과열을 보여준다. 이러한 양태의 측면에서, 200 kW m^-2이하의 열 유속에서, 본 발명의 열 교환 소자는 10 K 미만의 과열을 보여준다. 일반적인 시험 조건은 불량한 비등 실험 레짐을 포함한다.

열 전달 방법

본 발명의 열 교환 소자는 그 주변에 효율적인 열 전달을 가능하게 할 수 있다. 특히, 열 교환 소자는 소자와 접촉하는 유체, 특히 소자의 코팅과 접촉하는 유체에 효율적인 열 전달을 가능하게 할 수 있다. 열 교환 소자는 유체가 소자와 접촉할 수 있고, 그 길이의 전체 또는 일부를 따라 코팅으로 코팅되는 유로를 정의한다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 열 교환 소자의 유로에 유체를 제공하는 단계를 포함하는 유체에 열을 전달하거나 유체로부터 열을 전달하는 방법을 제공한다.

상기 논의되는 바와 같이, 코팅은 액체의 비등을 용이하게 함으로써 열 전달을 증진하도록 구성된다(핵 및 막 비등 레짐에서). 따라서, 본 발명의 방법의 바람직한 양태에서, 상기 방법은 얄을 액체로 전달하는 단계를 포함한다. 이러한 양태에서, 상기 방법은 본 발명의 열 교환 소자의 유로에 액체를 제공하는 단계를 포함한다. 일 양태에서, 상기 방법은 고체에서 액체로 열을 전달하는 방법이다. 다른 양태에서, 바람직하게는, 상기 방법은 유체에서 액체로, 예를 들어 기체에서 액체로 또는 액체에서 액체로 열을 전달하는 방법이다. 특정 양태에서, 상기 방법은 액체에서 액체로 열을 전달하는 방법이다.

일부 양태에서, 열 전달 방법은 본 발명의 열 교환 소자의 유로를 따라 유체(바람직하게는 액체)를 통과시키는 단계를 포함한다.

일반적으로, 상기 방법은 열을 냉매로 전달하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 본 발명의 열 교환 소자의 유로를 따라 냉매를 통과시키는 단계를 포함한다. 예를 들어, 상기 방법은 본 발명의 열 교환 소자의 제1 유동 채널(유로로 정의되는)을 통해 냉매를 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 상기 방법은 본 발명의 열 교환 소자의 제2 유동 채널을 따라 열 전달 유체를 통과시킴으로써 열 전달 유체로부터 열을 전달하는 단계를 포함한다. 바람직한 양태에서, 상기 방법은 열 전달 유체에서 냉매로 열을 전달하는 방법이고, 상기 방법은 열 교환 소자의 제2 유동 채널을 통해 상기 열 전달 유체를 통과시키고, 열 교환 소자의 제1 유동 채널을 통해 상기 냉매를 통과시키는 단계를 포함한다. 유동 채널은 일반적으로 열 교환 소자를 통해 열 전달 유체에서 냉매로 열 전달을 편리하게 가능하도록 배열된다.

본 발명의 방법이 수행되는 온도는 일반적으로 500 ℃ 미만이다. 본 발명의 방법이 수행되는 온도는 냉매에 따라 달라질 것이다(사용되는 경우에). 일반적으로, 냉매가 사용되는 경우에, 상기 방법은 냉매의 비등 온도의 20 ℃ 내의 온도, 예를 들어 냉매의 비등 온도 위의 0 내지 10 ℃의 온도에서 수행된다.

또한, 열 교환기로서 본 발명에 따른 열 교환 소자의 용도가 본 발명에 제공된다. 일 양태에서, 본 발명은 본 명세서에 기재되는 바와 같이 열 교환 방법에서 열 교환 소자의 용도를 제공한다.

열 교환 소자의 제조방법

본 발명의 열 교환 소자의 코팅은 무전해 도금에 의해 편리하게 생성될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명에 따른 열 교환 소자를 제조하는 방법을 제공하고, 상기 방법은 기판의 표면에 무전해 도금 용액을 제공하는 단계를 포함한다. 일 측면에서, 무전해 도금 공정은 욕 공정(bath process)이다. 다른 측면에서, 무전해 도금 공정은 유동 공정이다. 이러한 특정 측면은 다음 섹션에서 더 자세히 설명될 것이다; 무전해 도금 공정과 관련된 하기 코멘트는 욕 공정 및 유동 공정에 동일하게 적용된다. 본 발명의 열 교환 소자 및 기판은 본 명세서 정의된 바와 같다.

그러나, 본 발명의 무전해 유동 도금 공정은 본 발명의 열 교환 소자가 아닌 열 교환 소자를 제공할 수 있다. 즉, 무전해 유동 도금 공정은 본 발명의 열 교환 소자의 코팅과 다른 코팅을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명은 열 교환 소자, 및 이 공정에 의해 수득되거나 수득될 수 있는 열 교환 소자를 제조하기 위한 무전해 유동 도금 공정을 제공한다. 바람직한 측면에서, 본 발명의 무전해 도금 공정은 본 발명의 열 교환 소자의 제조방법이다. 열 효관 소자 및 기판은 본 명세서에서 정의된 바와 같다.

무전해 도금은 상기 기재되는 바와 같은 금속을 포함하는 코팅을 형성하기 위해 기판 표면 상에 도금되는 금속 원자를 제조하기 위해 용액에서 금속 이온을 환원하는 것을 포함한다. 무전해 도금 공정은 비-전해질 공정이다. 무전해 도금 공정은 용융 아연 도금 공정과 달리 용융 금속을 필요로 하지 않는다.

유리하게는, 무전해 도금은 저온에서 수행될 수 있다. 일반적으로, 무전해 도금 공정은 20 ℃ 내지 120 ℃의 온도에서 수행된다. 일 양태에서, 무전해 도금 공정은 실온에서 수행된다. 바람직하게는, 무전해 도금 공정은 100 ℃ 이하, 예를 들어 20 ℃ 내지 100 ℃ 또는 50 ℃ 내지 100 ℃, 예를 들어 대략 60 ℃, 70 ℃ 또는 80 ℃에서 수행된다. 이 온도 범위 내에서 무전해 도금을 수행한다는 것은 무전해 도금 동안 상술한 온도 범위, 일반적으로 20 ℃ 내지 120 ℃ 내에서 무전해 도금 용액이 유지됨을 의미한다는 것을 주목해야 한다. 선행 및 후속 방법 단계는 상기 언급된 범위 내부 또는 외부의 온도에서 수행될 수 있다.

무전해 도금 공정에 의해 제조되는 코팅의 구조는 기판의 표면에서 무전해 도금 조건에 의해 영향 받는다. 특히, 도금 시간의 변화, 무전해 도금 용액에서의 이온 농도 및 온도는 무전해 도금 공정에 의해 형성된 코팅의 구조에 영향을 줄 것이다.

무전해 도금 용액은 하나 이상의 금속 이온을 포함한다. 금속 이온(들)은 기판의 표면 상에 도금되어, 무전해 도금 공정 동안 금속을 포함하는 코팅을 형성한다. 금속 이온(들)은 일반적으로 바나듐, 크로뮴, 망간, 코발트, 니켈, 또는 구리 이온 중 하나 이상으로부터 선택된다. 바람직하게는, 무전해 도금은 구리 및/또는 니켈 이온을 포함한다. 특히 바람직하게는, 무전해 도금 용액은 구리 이온을 포함한다. 예를 들어, 무전해 도금 용액은 Cu² ⁺, Cu⁺ 및 Ni² ⁺중 하나 이상을 포함할 수 있다.

무전해 도금 용액은 일반적으로 환원제를 포함한다. 환원제의 선택은 기판의 특성 및 용액에서 하나 이상의 금속 이온에 따라 달라질 것이다. 적합한 환원제는, 예를 들어 요오드산염(iodate); 포스페이트(phosphate), 포스파이트(phosphite) 및 하이포포스파이트(hypophosphite)와 같은 옥시포스포러스 이온(oxyphosphorus ion); 또는 보레이트 이온(borate ion) 중 하나 이상을 포함한다.

무전해 도금 용액은 일반적으로 수용액이다. 그러나, 무전해 도금 용액은 알콜 또는 에테르와 같은 물 이외의 용매를 포함할 수 있다. 보통, 무전해 도금 용액에서 1차 용매는 물이다. 또한, 무전해 도금 용액은 하나 이상의 착화제(complexing agent)(들) 및/또는 하나 이상의 안정화제(들) 및/또는 하나 이상의 개질제(들)을 포함할 수 있고, 이들의 선택은 도금될 재료 및 기판에 따라 달라진다.

무전해 도금 공정에 의해 형성되는 코팅의 구조는 기판의 표면에 환원제 및 금속 이온의 농도에 의해 영향 받는다. 더 높은 농도의 금속 이온은 무전해 도금에 의해 도금되는 재료의 양을 증가시키는 경향이 있다. ("더 높은 농도의 금속 이온"은 무전해 도금 공정 동안 표면 상에 도금되는 더 높은 농도의 금속 이온을 의미한다). 또한, 더 높은 농도의 금속 이온은 형성되는 코팅의 두께를 증가시키는 경향이 있다. 또한, 더 높은 농도의 금속 이온은 더 큰 표면 특성의 형성을 선호한다. 예를 들어, 더 높은 농도는 표면에 더 긴 스파이크 및/또는 더 큰 스파이크 밀도의 형성을 선호한다. 따라서, 본 발명에 따른 코팅의 형성(평균 스파이크 길이가 제2 영역보다 긴 제1 영역을 포함함)은 기판 표면에 걸쳐 무전해 증착 용액의 농도 변화를 제공함으로써 달성될 수 있다. 따라서, 일부 양태에서, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 무전해 도금 공정을 제공한다:

기판의 제1 영역에 농도 C₁을 갖는 무전해 도금 용액을 제공하는 단계;

기판의 제2 영역에 농도 C₂를 갖는 무전해 도금 용액을 제공하는 단계;

여기서, C₁은 C₂보다 더 크다.

C₁ 및 C₂는 무전해 도금 용액 또는 용액들에서 기판 상에 도금될 수 있는 금속 이온의 농도이다.

또한, 무전해 도금 공정에 의해 형성되는 코팅의 구조는 무전해 도금이 발생하게 되는 시간에 의해 영향받는다. 일반적으로, 무전해 도금에 허용되는 시간이 길어지면, 코팅은 더 두꺼원진다. 마찬가지로, 더 긴 도금 시간은 더 큰 표면 특징의 형성을 선호한다. 예를 들어, 더 긴 도금 시간은 표면 상에 더 긴 스파이크 및/또는 더 큰 밀도의 스파이크의 형성을 선호한다. 보통, 이 방법은 적어도 15분 동안 기판의 표면에 무전해 도금 용액을 제공하는 단계를 포함한다. 또한, 보통, 이 방법은 12시간 이하의 기간 동안 기판의 표면에 무전해 도금 용액을 제공하는 단계를 포함한다. 일 양태에서, 본 발명의 방법은 0.5시간 내지 10시간의 기간 동안 기판의 표면에 무전해 도금 용액을 제공하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 기간은 1시간 내지 5시간일 수 있다. 분명히, 무전해 도금 공정은 유리하게 짧은 시간에 열 교환 소자를 코팅할 수 있다.

무전해 유동 도금 공정의 맥락에서, "표면에 무전해 도금을 제공하는(providing the electroless deposition to a surface)"에 대한 언급은 "표면 위로 무전해 도금 용액을 유동시키는(flowing the electroless deposition solution over a surface)"의 의미로 받아들여져야 한다. 즉, "제공하는(providing)"은 "유동하는" 또는 "~위를 유동하는"의 의미로 받아들여져야 한다. 예를 들어, 공정이 유동 공정인 경우, 공정은 보통 적어도 15분 동안 기판의 표면 위로 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함한다. 또한, 보통, 이 방법은 12시간 이하의 기간 동안 기판의 표면 위로 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함한다. 일 양태에서, 본 발명의 방법은 0.5 시간 내지 10시간의 기간 동안 기판의 표면 위로 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함한다. 예를 들어, 기간은 1시간 내지 5시간일 수 있다.

일부 양태에서, 무전해 도금 용액은 무전해 도금 공정 동안 리프레시되지 않는다. 무전해 도금 용액이 리프레시되지 않으면, 무전해 도금 용액은 본 발명의 공정 동안 시간에 걸쳐 고갈될 것이다. "고갈된(depleted)"은 용액 중에 금속 이온 및 환원제의 농도가 초기 값 (공정 시작 시의 값) 미만으로 떨어졌다는 것을 의미한다. 무전해 도금 용액은 도금될 금속 이온의 용액에서의 농도가 원래 값의 적어도 5%, 95% 이하로 떨어지면, 5% 만큼 고갈된다고 할 수 있다. 즉, 무전해 도금 용액은 구리 이온의 도금에 적합한 경우에, 용액은 구리 이온의 농도가 원래 값의 95% 이하로 떨어지면, 적어도 5%만큼 고갈된다고 한다.

국소적인 농도 변화가 발생할 수 있음에 유의해야 한다. 따라서, 고갈은 전체로서 취해진 무전해 도금 용액의 고갈의 관점에서 고려된다. 예를 들어, 전체적으로 취해진 용액에서의 고갈을 나타내기 위해 무전해 도금 용액의 다수의 샘플이 취해질 수 있다. 예를 들어, 욕 공정에서, 무전해 도금 용액이 교반되는 동안 욕으로부터 다수의 샘플이 채취될 수 있다. 다른 예에서, 이 공정이 표면 위의 저장소로부터 다시 저장소로 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함하는 경우, 하나 이상의 샘플이 저장소로부터 채취될 수 있다. 마찬가지로, 저장소로부터 기판으로 유동하는 용액으로부터 하나 이상의 샘플이 채취될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 샘플이 기판으로부터 다시 저장소로 유동하는 용액으로부터 취해질 수 있다.

무전해 도금 용액이 상당히 고갈되면(예를 들어 50% 이상), 용액에서 이온의 농도는 낮아질 수 있고, 그 결과 도금 공정은 바람직하지 않게 느려질 것이다. 따라서, 본 발명의 무전해 도금 공정은 보통 무전해 도금 용액이 50% 이상으로 고갈될 때까지 유지된다.

일 양태에서, 열 교환 소자의 제조방법은 시간 T 동안 기판의 표면에 무전해 도금 용액을 제공하는 단계를 포함하고, 여기서 T는 무전해 도금 용액이 5 내지 50%로 고갈되는데 걸리는 시간이다. 즉, 도금할 금속 이온의 농도가 이의 원래 값의 50% 내지 95%로 떨어질 때까지. 바람직하게는, T는 무전해 도금 용액이 10 내지 40%, 또는 30% 이하로 고갈되는데 걸리는 시간이다. 예를 들어, 열 교환 소자(예를 들어, 본 발명의 열 교환 소자)의 제조방법은 시간 T 동안 기판의 표면 위로 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함할 수 있다.

고갈의 범위는, 예를 들어 무전해 도금 용액의 이온 농도 또는 전도성의 시간에 따른 변화를 주목함으로써 결정될 수 있다. 따라서, 일 양태에서, 이 방법은 용액의 이온 농도를 측정하는 단계를 포함한다. 다른 양태에서, 이 방법은 용액의 전도성을 측정하는 단계를 포함한다. "측정"은 무전해 도금 공정의 과정에 걸쳐 특정 값의 변화를 모니터링하는 단계를 포함할 수 있다.

당업자들은 무전해 도금 용액의 이온 농도를 측정하고, 그 결과 고갈의 범위를 결정하기 위해 매우 다양한 방법이 적합하다는 것을 이해할 것이다. 이러한 방법은 무전해 도금 용액으로부터 취해지는 하나 이상의 샘플(들)에 대해 수행될 수 있다. 대안적으로, 이들은 인-라인(in-line)으로, 예를 들어 무전해 도금에 사용되는 무전해 도금 용액의 욕 또는 저장소 내에서 수행될 수 있다. 적합한 방법은 비색법과 같은 광학적 방법을 포함한다. 비색법은 특히 매우 색이 있는 Cu² ⁺ 이온 용액에 특히 적합하다. 다른 방법은 애노드 스트리핑 전압전류법(anodic stripping voltammetry), 이온 크로마토그래피 및 이온 방출 분광법(예를 들어, 유도 결합 플라즈마 광학 방출 분광법, ICP-OES)을 포함한다. 따라서, 일부 양태에서, 이 방법은, 예를 들어 상기 방법들 중 어느 것에 의해 무전해 도금 용액에서 이온 농도를 측정하는 단계를 포함한다. 이러한 측정의 맥락에서, "이온 농도"는 무전해 도금 동안 기판 상에 도금되는 금속 이온의 농도를 포함한다.

이 방법이 기판 상에 무전해 도금 용액이 유동하는 단계를 포함하는 경우, ICP-OES는 기판과 접촉하기 전후 모두에 기판 상에 유동하는 무전해 도금 용액을 분석하는데 사용될 수 있다. 이는 기판이 노출되는 최대 및 최소 이온 농도를 드러낼 수 있다. 기판과 접촉한 후 용액의 이온 농도는, 기판으로부터 저장소로 다시 유동하는 용액에 그 농도를 조절하기 위해 추가 이온이 주입될 필요가 있는지를 결정하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 유동 공정에서, 저장소 내의 이온 농도는 저장소 자체가 그 농도를 조정하기 위해 추가의 이온을 주입할 필요가 있는지를 결정하기 위해 주기적으로 측정될 수 있다. 마찬가지로, 욕 공정 동안 결정된 욕의 이온 농도는 이온 농도를 증가시키기 위해 주입이 필요한지를 결정하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 열 교환 소자의 코팅에서 바람직한 스파이크 길이는 무전해 도금 용액의 초기 이온 조성, 및/또는 도금 공정이 발생하는 시간의 길이를 조절함으로써 달성될 수 있다.

무전해 도금이 일어나는 시간의 양은 공정에 의해 형성된 코팅에서의 스파이크 길이뿐만 아니라 코팅에서의 스파이크 클러스터의 발생률에 영향을 미친다. 무전해 도금이 발생하는 시간이 길수록, 스파이크의 클러스터가 형성될 가능성이 커진다. 따라서, 무전해 도금이 발생되는 시간의 양을 증가시킴으로써, 열 교환 소자의 제조방법이 클러스터를 형성하도록 조정될 수 있다.

클러스터를 형성하는데 필요한 정확한 시간의 양은 기판, 무전해 도금 용액의 조성, 및 온도에 따라 달라질 것이다.

또한, 이 방법은 공정을 한번 이상 반복함으로써 클러스터의 형성을 촉진하도록 구성될 수 있다. 클러스터를 포함하는 코팅을 갖는 본 발명의 열 교환 소자의 제조방법은 하기 단계를 포함할 수 있다:

(i) 본 명세서에 기재되는 바와 같은 본 발명의 무전해 도금 공정을 수행하는 단계;

(ii) 예를 들어 PdCl₂의 용액에 열 교환 소자를 침지하여, 활성화된 열 교환 소자를 형성함으로써 제조된 열 교환 소자의 코팅 표면을 활성화시키는 단계; 및

(iii) 본 발명의 무전해 도금 공정을 반복하는 단계.

욕 공정

일 측면에서, 본 발명의 공정은 욕 공정(본 발명의 열 교환 소자를 제조하기 위한)이다. 욕 공정에서, 무전해 도금 용액은 무전해 도금 용액의 욕에 기판을 배치함으로써 기판의 표면에 제공된다. 일부 양태에서, 무전해 도금 용액은 무전해 도금 공정 동안 교반된다. 무전해 도금 용액의 교반은 욕에서 무전해 도금 용액의 조성 변화(예를 들어, 국소 금속 이온 농도의 변화)를 감소시킨다.

일부 양태에서, 기판의 전체 표면 또는 표면들은 욕 공정 동안 코팅된다. 다른 양태에서, 기판의 표면 또는 표면들의 일부는 보호된 부품이 코팅되지 않도록 기판이 욕에 배치되기 전에 보호된다. 또 다른 양태에서, 기판의 표면 또는 표면들의 일부는 코팅에 부착될 수 없고, 그 결과 욕에서 침지 동안 코팅되지 않는다.

일부 양태에서, 본 발명에 따른 다중 열 교환 소자는 둘 이상의 기판을 욕으로 배치함으로써 동시에 제조될 수 있다.

일 측면에서, 욕 공정은 무전해 도금 공정의 시간의 길이를 조절함으로써, 스파이크 길이가 S₁인 제1 영역 및 스파이크 길이가 S₂인 제2 영역을 갖는 코팅을 제공하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판은 욕에 들어가는 기판 표면의 일부 또는 일부들이 이후에 욕에 들어가는 기판 표면의 일부 또는 일부들보다 무전해 도금 용액에 더 오래 노출되도록, 욕에 천천히 침지될 수 있다. 무전해 도금 용액에 노출되는데 가장 오랜 시간을 소비하는, 이렇게 제조된 열 교환 소자의 코팅된 부분은 일반적으로 가장 긴 평균 스파이크 길이를 가질 것이다. 기판을 일정한 느린 속도로 욕에 담그면, 기판 상에 생성된 코팅은 평균 스파이크 길이의 매끄러운 변화를 보일 수 있다. 다른 실시예에서, 보호 커버링은 무전해 도금 공정을 통해 기판의 일부로부터 부분적으로 제거될 수 있으며, 나머지 침지 시간 동안 기판의 일부는 코팅될 수 있다.

다른 측면에서, 욕 공정은 무전해 도금 용액의 농도가 표면에 걸쳐 달라지게 함으로써 스파이크 길이가 S₁인 제1 영역 및 스파이크 길이가 S₂인 제2 영역을 갖는 코팅을 제공하는데 사용될 수 있다. 기판이 무전해 도금 용액이 흐를 수 있는 채널을 포함하는 경우, 기판이 용액의 욕에 침지될 때 용액은 일반적으로 상기 채널로 흐를 것이다. 용액이 채널 내로 유동에 따라, 무전해 도금이 발생하고, 채널을 통해 유동하는 용액에 도금될 금속 이온의 농도가 감소된다. 새로운 용액은 시간이 지남에 따라 욕으로부터 채널로 유동하지만, 항상 유동 채널로 입구에서 도금될 금속 이온의 농도가 가장 높다(주변 욕에서 대략적으로 더 높은 금속 이온 농도에 해당됨). 따라서, 농도 구배가 형성되고, 도금될 더 높은 농도의 금속 이온은 유동 채널의 입구 또는 입구들에서 발견되고, 도금될 더 낮은 농도의 금속 이온은 유동 채널에 추가로 발생한다. 이 효과는 유동 채널이 길고/길거나 좁은 곳에서 특히 두드러진다. 가장 긴 스파이크는 도금될 금속 이온의 농도가 가장 큰 곳에 형성되고; 더 짧은 스파이크는 다른 곳에 형성된다.

유동 공정

일 측면에서, 열 교환 소자의 제조방법은 기판의 표면 위로 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함한다. 일부 양태에서, 이러한 무전해 유동 도금 공정은 본 발명에 따른 열 교환 소자를 제조한다.

기판의 표면 위로 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계는 0이 아닌 유속에서 기판의 표면 상에 이동되는 무전해 도금 용액의 유동을 제공하는 단계를 포함한다. 용액의 유동은 기판의 상기 표면과 접촉하는 경우에 기판의 표면 "위"가 되는 것으로 이해된다. 유동은 기판의 하나 이상의 표면, 예를 들어 기판의 외부 및/또는 내부 표면 상에 제공될 수 있으며, 내부 표면은, 예를 들어 기판을 통과하는 채널 (예를 들어, 튜브)의 표면이다. 용액의 유동은 기판의 전체 기판 상에 또는 오직 일부 상에 제공될 수 있다.

욕과 같은 정적 환경에서 발생하는 무전해 도금 공정에서, 일반적으로 기판 표면 상의 임의의 지점에 걸쳐 무전해 도금 용액의 유동은 순 방향이 아니다. 용액은 일반적으로 욕 내의 용액의 이동을 제공하기 위해 교반되지만, 그 이동은 일반적으로 정적 무전해 도금 공정 (예를 들어, 욕 무전해 도금 공정)의 과정에 걸쳐 순 방향을 갖지 않는다. 정적 환경에서, 기판 표면 상의 임의의 지점에 걸친 무전해 도금 용액의 유동 방향은 무전해 도금 공정 빈번하고 무작위로 변할 수 있다.

유동 무전해 도금 공정은 유동에 노출된 기판 표면 상의 임의의 지점에 걸쳐 무전해 도금 용액의 순 방향의 유동을 제공한다. 유동에 노출되는 기판 표면 상의 임의의 지점에 걸친 무전해 도금 용액의 유동 방향은 일반적으로 도금 공정 동안 변하지 않는다. 유동 방향은 일반적으로 무전해 유동 도금 동안 일정하다. 그러나, 기판의 표면에 제공되는 유동의 방향은 유동 공정 동안 의도적으로 변경될 수 있다.

당업자가 이해하는 바와 같이, 기판(예를 들어, 장치) 상에 무전해 도금 용액의 유동을 제공하는데 사용되는 공정의 정확한 상세는 달라질 수 있다. 특히 단순한 셋업에서, 공정은 기판의 표면 상의 용기로부터 무전해 도금 용액을 붓는 단계를 포함할 수 있다. 보다 일반적으로, 이 공정은 유동 발생기 (예를 들어, 펌프)를 사용하여 무전해 도금 용액의 유동을 생성하고, 도관을 통해 기판의 표면에 무전해 도금 용액의 유동을 제공하는 단계를 포함할 것이다.

본 발명의 유동 공정에서, 무전해 도금 용액은 기판의 표면 상을 유동한다. 기판 표면 상의 용액의 유동에 의해 취해진 경로는 "용액 유로"라고 한다. 일부 양태에서, 코팅은 용액 유로 전체에 걸쳐 형성된다. 용액 유로 상의 기판의 일부가 무전해 도금을 억제하기 위해 마스킹되는 양태와 같은 다른 양태에서, 코팅은 용액 유로의 일부 위에 형성된다. 바람직하게는, 코팅은 용액 유로 전체에 걸쳐 형성된다.

기판의 표면 상에 무전해 도금 용액의 유동은 기판의 상기 표면 상에 농도 구배를 형성한다. 표면에 제공되는 무전해 도금 용액은 도금할 금속 이온을 함유한다. 기판의 표면에 제공되기 전에, 무전해 도금 용액에서 이러한 금속 이온의 농도는 C₁라고 할 수 있다. 무전해 도금 용액이 기판과 접촉하면(즉, 용액이 무전해 도금에 의해 코팅할 수 있는 표면의 일부와 접촉하면), 무전해 도금이 발생할 것이다. 이로 인해 금속 이온이 용액에서 나오고, 금속 이온의 농도가 C₁보다 낮은 값으로 감소한다. 따라서, 무전해 도금 용액이 기판 위로 흐를수록 고갈된다. 농도 구배가 형성된다. 농도 구배는 용액 유동 경로를 따라 놓여있다. 용액이 기판 표면 위로 이동한 거리가 증가함에 따라 용액 중에서 금속 이온의 농도는 감소한다.

상기 논의된 바와 같이, 금속 이온의 농도는 본 발명의 방법에 의해 형성된 코팅의 두께 및 표면 특징부의 크기에 영향을 미치는 경향이 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 기판 표면 위의 용액의 유동에 의해 취해지는 경로를 따라, 두께가 변하거나/변하고 표면 특징부의 변화하는 크기를 보여주는의 변화하는 코팅을 제공할 수 있다. 표면 특징부는 스파이크와 같은 코팅 내의 구조물이다. 일 양태에서, 코팅의 두께는 용액 유로를 따라 감소된다. 코팅은 용액 유로의 단부 또는 그 부근, 보통 본 발명의 방법 동안, 무전해 도금 용액이 우선 기판의 표면과 접촉하는 단부에서 가장 두꺼울 수 있다. 다른 양태에서, 표면 특징부의 크기는 용액 유동 경로를 따라 감소된다. 표면 특징부는 용액 유동 경로의 단부 또는 그 부근, 보통 본 발명의 방법 동안, 무전해 도금 용액이 우선 기판의 표면과 접촉하는 단부에서 최대일 수 있다.

더 긴 스파이크의 형성은 무전해 도금 용액에서 더 높은 농도의 금속 이온에 의해 선호된다. 따라서, 무전해 유동 도금 공정은 코팅된 열 교환 요소를 생성할 수 있으며, 코팅은 평균 스파이크 길이가 S₁인 제1 영역 및 평균 스파이크 길이가 S₂인 제2 영역을 포함한다. 무전해 도금은 기판의 표면 또는 표면들을 가로 지르는 경로를 따라 유동하며, 이 경로는 무전해 도금 용액의 유로이다. 일반적으로, 제1 영역은 그 유로의 단부 또는 그 부근에 있고, 또한 제2 영역은 유로에 있다.

일부 양태에서, 본 발명은 단일 유로를 따라 단일 방향으로 기판의 표면 위로 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함한다. 다른 양태에서, 유동 공정은 유동 방향을 변경하는 단계를 포함한다. 유동 공정은 추가로 또는 대안적으로 기판의 표면 또는 표면들 위에 무전해 도금 용액의 유로를 변경하는 단계를 포함할 수 있다.

이 공정이 유동 방향 또는 무전해 도금 용액의 유동 방향을 변경(예를 들어, 역전)하는 단계를 포함하는 경우, 공정은 기판 표면 위의 농도 구배 방향을 변경하는 단계를 포함한다. 따라서, 가장 두꺼운 코팅 또는 가장 큰 특징부(예를 들어, 가장 긴 스파이크)가 형성되는 기판 표면 상의 위치 또는 영역은 최대 농도 C₁을 갖는 무전해 도금 용액과 접촉하는 기판 표면의 새로운 위치에 대응하는 새로운 위치로 이동할 것이다. 이는 제1 또는 제2 영역에서와 상이하거나 동일한 평균 스파이크 길이를 갖는 다른 영역, 제3 영역의 형성을 초래할 수 있다.

예를 들어, 무전해 도금 용액의 유동이 유동 채널을 따라 제공되는 경우, 유동 채널은 무전해 도금 용액이 채널로 들어가는 유동 채널의 단부 또는 그 근처에서 더 두꺼운 코팅 및/또는 더 큰 특징부, 및 채널을 따라 더 얇은 코팅 및/또는 더 작은 특징부를 포함할 수 있다. 이 공정이 기판의 유동 채널의 단부(입구)로 및 유동 채널의 다른 단부(출구)로 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함하는 경우, 가장 두꺼운 코팅/가장 큰 특징부는 입구에 또는 그 부근에 위치할 것이고, 가장 얇은 코팅/가장 작은 특징부는 출구 또는 그 부근에 위치할 것이다. 그러나, 유동의 방향이 무전해 도금 공정 동안 역전되는 경우에, 가장 얇은 코팅/가장 작은 특징부는 채널의 중간 또는 그 부근에 위치할 것이고, 더 두꺼운 코팅/가장 큰 특징부는 채널의 각각의 단부 또는 그 근처에 위치할 것이다.

예를 들어, 무전해 도금 용액의 유동이 유동 채널을 따라 제공되는 경우, 제1 영역은 유동 채널의 단부 또는 그 근처에 위치할 것이고, 제2 영역은 유동 채널을 따라 더 위치할 수 있다. 따라서, 유동 채널은 무전해 도금 용액이 채널로 들어가는 유동 채널의 단부 또는 그 근처에 더 긴 스파이크, 및 채널을 따라 더 짧은 스파이크를 포함할 수 있다. 이 공정이 기판의 유동 채널의 하나의 단부(입구)로 및 유동 채널의 다른 단부(출구)로 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함하는 경우, 가장 긴 스파이크는 입구에 또는 그 부근에 위치할 것이고, 가장 짧은 스파이크는 출구 또는 그 부근에 위치할 것이다. 그러나, 유동의 방향이 무전해 도금 공정 동안 역전되는 경우에, 가장 짧은 스파이크는 채널의 중간 또는 그 부근에 위치할 것이고, 더 긴 스파이크는 채널의 각각의 단부 또는 그 근처에 위치할 것이다.

무전해 도금 공정에서 생성되는 코팅 두께 및/또는 특징부 크기, 예를 들어 스파이크 길이는 유속을 제어함으로써 조절될 수 있다. 유속이 더 빠를수록, 더 얇은 코팅 및/또는 더 작은 표면 특징부가 생성된다. 예를 들어, 유속이 더 빠를수록, 더 작은 스파이크가 생성된다. 추가로, 유속의 증가는 농도 구배의 크기를 감소시켜, 그 결과 무전해 도금 용액의 유로를 따라 코팅 두께 및/또는 특징부 크기(예를 들어, 스파이크 길이)의 변화가 감소된다.

일부 양태에서, 본 발명의 방법은 기판에 새로운 용액을 연속적으로 제공하는 단계를 포함한다. 다른 양태에서, 무전해 도금 용액은 재활용된다. 하나의 이러한 양태에서, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:

기판의 표면 위로 무전해 도금 용액의 저장소로부터 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계; 및

상기 저장소로 상기 무전해 도금 용액을 회수시키는 단계.

"저장소(reservoir)"는 무전해 도금 용액의 체적을 의미한다. 일반적으로 저장소 내의 무전해 도금 용액의 조성은 외부 공급원에 의해 조정되지 않는다. 예를 들어, 저장소는 일반적으로 (무전해 도금 공정 동안) 외부의 무전해 도금 용액 공급원으로부터 채워지지 않는다.

일반적으로, 무전해 도금 용액은 펌핑에 의해 기판의 표면에 제공된다.

무전해 도금 동안, 이 방법은 일반적으로 적어도 10 mL/min의 유속으로 기판 표면 위로 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함한다. 일반적으로, 이 방법은 적어도 50 mL/min 또는 적어도 100 mL/min, 바람직하게는 적어도 1 L/min의 유속으로 기판 표면 위로 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함한다. 상기 유속은 일반적으로 적어도 1분 동안, 예를 들어 적어도 10분 동안, 예를 들어 적어도 30분 또는 1시간 동안 유지된다.

이 방법은 무전해 도금 용액의 유속을 변화시키는 단계를 포함할 수 있다. 일 양태에서, 이 방법은 하기 단계를 포함한다:

제1 유속 F₁으로 기판의 표면 위로 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계; 및

제2 유속 F₂으로 기판의 상기 표면 위로 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계.

F₁ 및 F₂는 일반적으로 상이하다. F₁ 및 F₂는 일반적으로 적어도 10 mL/min이다. 예를 들어, F₁ 및 F₂는 적어도 50 mL/min 또는 100 mL/min일 수 있다. 일 양태에서, F₂는 F₁보다 크다. 예를 들어, F₂는 F₁보다 두배 클 수 있고, 예를 들어 F₂는 F₁보다 2 내지 50배 크다. 다른 양태에서, F₁은 F₂보다 크다. 예를 들어, F₁은 F₂보다 두배 클 수 있고, 예를 들어 F₁은 F₂보다 2 내지 50배 크다. 이러한 후자의 양태는 유속이 적절한 도금 유속으로 조정되기 전에 기판이 무전해 도금 용액으로 빠르게 덮이도록 보장하는데 유용할 수 있다.

일부 양태에서, F₂는 무전해 도금 동안 기판으로부터 수소 기포의 부착을 감소시키기에 충분히 크다. F₂는 무전해 도금 동안 수소 기포가 기판 표면으로부터 멀어지도록 하기에 충분히 클 수 있다. 일부 양태에서, F₁ 및 F₂ 모두는 무전해 도금 동안 기판으로부터 수소 기포의 부착을 감소시키기에 및/또는 수소 기포가 기판 표면으로부터 멀어지도록 하기에 충분히 클 수 있다. 일부 양태에서, F₁ 및/또는 F₂는 무전해 도금 용액을 기판의 유동 채널로 유동시키기에 충분히 크다.

일 측면에서, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:

제1 유속 F₁로 기판의 표면 위의 저장소로부터 무전해 도금 용액을 펌핑하고, 상기 무전해 도금 용액을 저장소로 회수시키는 단계; 및

상기 기판의 상기 표면 위의 저장소로부터 무전해 도금 용액을 제2 유속 F₂로 펌핑하고, 상기 무전해 도금 용액을 저장소로 회수시키는 단계.

일부 경우에, 이 방법은 유속을 F₂로 변경하기 전에 개시 기간 동안 제1 유속 F₁에서 기판의 표면 위에 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함한다. 예를 들어, 코팅될 기판의 모든 표면이 용액으로 덮일 때까지, 용액은 유속 F₁로 제공될 수 있다.

일부 양태에서, 상기 방법은 기판의 표면 위로 무전해 도금 용액을 유동시키도록 무전해 도금 용액을 펌핑하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 이 방법은 기판의 표면 위로 무전해 도금 용액의 유동을 생성하기 위해 저장소로부터 용액을 펌핑하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 상기 방법은 기판으로부터, 예를 들어 기판의 유동 채널 중 하나 이상의 밖으로 무전해 도금 용액을 펌핑하는 단계를 포함할 수 있다. 적합한 펌프는 유체, 특히 액체의 유동을 생성하기에 적합한 임의의 종류의 장치이다.

일부 양태에서, 기판은 하나 이상의 유동 채널(들)을 포함하고, 상기 방법은 상기 하나 이상의 유동 채널(들)을 통해 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함한다. 즉, 용액 유로는 하나 이상의 상기 유동 채널(들)을 포함한다. 일부 양태에서, 기판은 유동 채널을 포함하고, 상기 방법은 상기 유동 채널을 통해 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함한다.

유동 채널은 유체가 기판을 통과할 수 있는 경로를 의미한다. 이러한 양태에서, 이 방법은 상기 유동 채널의 표면, 보통 상기 유동 채널의 내부 표면과 무전해 도금 용액을 접촉시키는 단계를 포함한다.

이러한 양태의 일 측면에서, 이 방법은 냉매를 운반하기에 적합하고/하거나 운반시키기 위한 하나 이상의 유동 채널(들)을 코팅하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 양태의 바람직한 측면에서, 이 방법은 냉매와 접촉시키기 위한 기판의 표면 또는 표면들에만 무전해 도금 액체를 유동시키는 단계를 포함한다. 예를 들어, 기판은 냉매 유체(열 교환 소자로부터 열이 전달되는 유체)를 운반하기 위한 영역 및 열 전달 유체(열 교환 소자로 열을 전달하는 유체)를 위한 영역을 갖는 유체-유체 열 교환기로 사용하기에 적합할 수 있고, 이 방법은 냉매(즉, 냉매 유체)와 접촉하기에 적합하고 의도된 하나 이상의 표면에만 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함한다. 이 양태는 열 전달을 하기 위한 것이 아닌 코팅 표면에 무전해 도금 용액이 낭비되지 않는 것을 보증하므로 유리하다.

무전해 유동 도금 공정은, 코팅될 기판의 표면 만이 용액과 접촉할 수 있도록 유동 무전해 도금 용액이 조절 가능하기 때문에 유리하다. 이는 용액의 낭비를 감소시킨다. 용액의 유동은, 예를 들어 코팅될 유동 채널의 입구 또는 입구들에 용액의 저장소를 연결함으로써 조절될 수 있다. 다른 유동 채널은 차단될 수 있다.

유동 도금 공정의 이점(유동 공정)

상기 설명되는 바와 같이, 본 발명의 유동 공정은 무전해 도금에 의해 기판의 코팅 상에 수소 기포의 효과를 감소시킨다. 따라서, 유동 공정은 강하고, 내구성 있고, 내부식성이 있는 열 교환 소자를 제공한다.

유동 공정은 다양한 다른 이점을 갖는다. 예를 들어, 유동 공정은 욕 무전해 도금 공정에 의해 편리하게 코팅되지 않을 수 있는 작은 함몰(예를 들어, 그 안의 작은 홀 또는 채널)를 갖는 기판을 코팅하는데 유리하게 사용될 수 있다. 작은 함몰을 갖는 기판이 액체의 욕에 배치되는 경우, 그 함몰 내에 공기의 포켓이 포획되어, 무전해 도금 용액이 포획된 공기 아래에 숨겨진 기판과 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 본 발명의 유동 공정은 일반적으로 이러한 공기 포켓을 기판 표면으로부터 멀어지게하여 무전해 도금 용액에 노출된 기판의 모든 부분이 코팅되는 것을 보증하도록 충분히 높은 유속으로 수행된다. 따라서, 본 발명의 유동 공정은, 예를 들어 매우 좁은 채널을 포함하는 기판, 특히 전자 냉각에 사용하기에 적합한 기판을 코팅하는데 적합하다.

무전해 유동 도금 공정의 다른 이점은, 도금 용액의 낭비를 줄이는 것이다. 본 발명의 유동 공정에서, 기판 표면 상에 무전해 도금 용액의 유로는 조절될 수 있다. 결과적으로, 무전해 도금 용액은 본 발명의 공정에서 코팅될 표면의 일부에만 제공될 수 있다. 결과적으로, 욕 공정에서, 전체 기판은 보통 무전해 도금 용액에 침지되고, 코팅되지 않는 기판 표면의 임의의 부품은 보호 코팅에 의해 마스킹된다. 이로 인해 보호 코팅 상에 무전해 도금이 발생되어, 재료를 낭비할 수 있다.

본 발명의 유동 공정의 다른 이점은, 수득된 표면 구조를 조정하기 위해 공정의 다양한 파라미터가 제어될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 표면 위의 무전해 도금 용액의 유속, 공정이 수행되는 온도, 무전해 도금 용액의 조성 등은 모두 공정에 의해 생성된 코팅의 구조를 조정하도록 변경될 수 있다. 생성된 구리 코팅의 높은 전도성으로 인해, 무전해 도금 용액이 구리 이온을 포함하는 경우, 열 교환을 위한 특히 유리한 구조가 달성된다.

이 공정은 다양한 조건에서 열 전달에 적합한 폭 넓은 어레이의 코팅을 생성 할 수 있다. 예를 들어, 유체, 바람직하게는 액체로 열을 전달하기에 적합한 열 교환 소자를 생성하는데 사용될 수있다. 일 양태에서, 공정은 증발 열 교환기 (증발 지점에 다른 유체를 가열함으로써 유체를 냉각시키는 열 교환기)에 사용하기에 적합한 코팅을 갖는 열 교환 소자를 제조하기 위한 것이다. 다른 양태에서, 공정은 액체를 비등시킴으로써 열을 전달하기에 적합한 코팅을 갖는 열 교환 소자를 제조하기위한 것이다.

본 발명의 유동 공정의 특정 이점은, 분해 없이 인 시투로 기존의 열 교환기에 무전해 도금된 코팅을 개조하는데 사용될 수 있다는 점이다.

무전해 유동 도금 방법의 측면들

무전해 유동 도금 공정의 하기 특정 측면이 제공된다.

1. 기판 및 코팅을 포함하는 열 교환 소자의 제조방법으로서,

상기 코팅은 금속을 포함하고,

상기 방법은 기판의 표면 위로 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함하는 것인, 열 교환 소자의 제조방법.

2. 제1 측면에 있어서,

상기 방법은 20 ℃ 내지 100 ℃의 온도에서 수행되는 것인, 열 교환 소자의 제조방법.

3. 제1 측면 또는 제2 측면에 있어서,

상기 무전해 도금 용액은 수용액인 것인, 열 교환 소자의 제조방법.

4. 제1 측면 내지 제3 측면 중 어느 하나에 있어서,

상기 무전해 도금 용액은 구리 및/또는 니켈 이온을 포함하는 것인, 열 교환 소자의 제조방법.

5. 제1 측면 내지 제4 측면 중 어느 하나에 있어서,

상기 방법은,

상기 저장소로 상기 무전해 도금 용액을 회수시키는 단계를 포함하는 것인, 열 교환 소자의 제조방법.

6. 제1 측면 내지 제5 측면 중 어느 하나에 있어서,

상기 방법은 0.5시간 내지 10시간의 기간 동안 기판의 표면에 무전해 도금 용액을 제공하는 단계를 포함하는 것인, 열 교환 소자의 제조방법.

7. 제5 측면 또는 제6 측면에 있어서,

상기 방법은 시간 T 동안 기판의 표면 위로 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함하는데, 여기서 T는 무전해 도금 용액이 5 내지 50% 고갈되는데 걸리는 시간인 것인, 열 교환 소자의 제조방법.

8. 제1 측면 내지 제7 측면 중 어느 하나에 있어서,

상기 방법은 무전해 도금 용액에서의 이온 농도를 모니터링하는 단계를 포함하는 것인, 열 교환 소자의 제조방법.

9. 제1 측면 내지 제8 측면 중 어느 하나에 있어서,

상기 방법은,

제1 유동 속도 F1로 기판의 표면 위로 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계; 및

제2 유동 속도 F2로 상기 기판의 표면 위로 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함하는 것인, 열 교환 소자의 제조방법.

10. 제9 측면에 있어서,

상기 F2는 F1보다 큰 것인, 열 교환 소자의 제조방법.

11. 제1 측면 내지 제10 측면 중 어느 하나에 있어서,

상기 방법은 무전해 도금 용액이 기판의 표면 위로 유동시키도록 무전해 도금 용액을 펌핑하는 단계를 포함하는 것인, 열 교환 소자의 제조방법.

12. 제1 측면 내지 제11 측면 중 어느 하나에 있어서,

상기 기판은 유동 채널을 포함하고, 상기 방법은 상기 유동 채널을 통해 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함하는 것인, 열 교환 소자의 제조방법.

13. 제1 측면 내지 제12 측면 중 어느 하나에 있어서,

상기 방법은,

(i) 기판의 표면에 산을 제공하는 단계; 및/또는

(ii) 기판의 표면을 활성화시키는 단계를 포함하고,

상기 단계 (i) 및/또는 (ii)는 기판의 표면에 무전해 도금 용액을 제공하는 단계 전에 수행되는 것인, 열 교환 소자의 제조방법.

14. 제1 측면 내지 제13 측면 중 어느 하나에 있어서,

상기 방법은,

제1 측면 내지 제13 측면 중 어느 하나에 따라 제조된 열 교환 소자에 표면층, 바람직하게는 니켈을 포함하는 표면층을 적용하는 단계를 포함하는 것인, 열 교환 소자의 제조방법.

15. 제1 측면 내지 제14 측면 중 어느 하나에 따른 방법에 의해 수득되거나 수득될 수 있는 열 교환 소자.

추가적인 공정 단계들

보통, 무전해 도금 전에, 기판의 표면은 산 및 활성화 용액에 노출시킴으로써 제조된다. 따라서, 일 양태에서, 열 교환 소자의 제조방법은,

(i) 기판의 표면에 산을 제공하는 단계; 및/또는

(ii) 기판의 표면을 활성화시키는 단계;를 포함하고,

단계 (i) 및/또는 (ii)는 기판의 표면에 무전해 도금 용액을 제공하기 전에 수행된다.

산의 기능은 일반적으로 표면을 세정 및 임의로 에칭하는 것이다. 적합한 산은 황산, 염산 또는 질산을 포함한다. 기판의 스틸 기판인 경우, 사용되는 산은 바람직하게는 황산이다. 기판이 구리 기판인 경우, 사용되는 산은 바람직하게는 염산이다. 사용되는 산은 일반적으로 강산, 예를 들어 20% 이상의 산이다. 일반적으로, 산에 노출하는 단계는 실온 이상, 예를 들어 20 ℃ 내지 120 ℃, 보통 50 ℃ 내지 100 ℃에서 수행된다. 보통, 기판은 1분 이상, 바람직하게는 1분 내지 1시간 동안 노출된다. 기판은 보통 산에 노출 후 물로 린싱된다.

표면을 활성화 하는 단계는 표면에 금속 함유 용액, 예를 들어 금속 이온을 포함하는 수용액을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 예시적인 활성화 용액은 PdCl₂ 용액이다. 활성화는 일반적으로 0 ℃ 내지 100 ℃의 온도, 보통 실온에서 수행된다. 일반적으로, 기판은 활성화 단계 후에, 무전해 도금 전에 린싱된다.

무전해 도금 공정 전에 수행될 수 있는 다른 단계는, 예를 들어 기판 표면의 일부에 보호 마스크를 적용하여, 기판의 일부에 코팅의 적용을 억제하는 단계를 포함한다.

일부 양태에서, 본 발명의 열 교환 소자의 제조방법은 무전해 도금 공정 후에 수행되는 하나 이상의 단계를 포함한다. 일 양태에서, 이 방법은 본 명세서에 기재되는 바와 같은 방법에 의해 제조되는 열 교환 소자에 표면층, 바람직하게는 금속, 예를 들어 니켈 또는 주석(바람직하게는 니켈)을 포함하는 표면층을 적용하는 단계를 포함한다.

실험 프로토콜

기판에 코팅을 적용하여 본 발명의 열 교환 소자를 제조하는 예시적인 방법이 하기에 기재된다.

1. 욕 공정

i. 코팅되지 않는 기판의 임의의 부분은, 예를 들어 여기에 차단 래커(stop-off lacquer)를 적용함으로써 보호한다. 이 단계는 욕에 배치될 기판의 전체 부분에 코팅을 적용하려는 경우 불필요할 수 있다.

ii. 기판을 80 ℃의 수조에 침지시킴으로써 기판을 80 ℃의 온도로 예비 가열한다.

iii. 그 후, 기판을 80 ℃에서 20 %의 황산 욕으로 옮기고, 15분 동안 방치한다. 이어서, 기판을 탈 이온수로 세정한다.

iv. 기판을 PdCl₂ 용액 (1 g L^-1)에 2 분 동안 두었다. 그 후, 기판을 탈 이온수로 세정한다.

v. 그 후, (ii)에서와 같이 기판을 80 ℃로 재가열한다.

vi. 그 후, 기판을 75 ℃에서 2시간 동안 나노 플럭스 무전해 도금 용액의 욕에 배치했다. 나노 플럭스 용액은 0.01M 내지 0.1M CuSO₄, 0.001M 내지 0.01M NiSO₄, 0.1M 내지 0.5M NaH₂PO₂, 0.001M 내지 0.1M Na₃C₆H₅O₇, 0.1M 내지 1M HBO₃, 야누스 그린 0-700ppm, PVP 0-200ppm, CTAB 0-300ppm, SBS 0-500ppm 및 0-200 ppm PEG를 포함한다. 욕에서의 용액은 이 시간 동안 연속적으로 교반한다. 욕은 코팅될 기판 표면의 제곱미터 당 적어도 10 리터의 용액을 함유한다.

vii. 코팅된 기판을 욕에서 제거하고, 탈 이온수로 린싱한다.

viii. 코팅된 기판을 오븐에서 건조한다.

상기 실험 프로토콜은 단계 (vi)를 하기와 같이 조정함으로써 클러스터를 포함하는 코팅을 생성하도록 변형될 수 있다:

vi. 이어서, 기판을 4 시간 동안 75 ℃에서 나노 플럭스 무전해 도금 용액의 욕에 배치한다. 이 시간 동안 욕에서의 용액을 연속적으로 교반한다. 욕은 코팅될 기판 표면의 평방 미터당 적어도 50 리터의 용액을 함유한다.

2. 유동 공정

이러한 유동 공정 프로토콜은 기판의 표면의 하나의 평방 미터를 코팅하기 위한 것이다.

i. 코팅되지 않는 기판의 임의의 부분은, 예를 들어 이에 차단 래커를 적용함으로써 보호된다. 무전해 도금 용액의 의도된 유로가 코팅하려고 하는 기판의 일부 또는 일부들에만 접촉하는 경우, 이러한 단계는 불필요할 수 있다.

ii. 기판을 80 ℃의 욕에 침지시킴으로써 기판을 80 ℃의 온도로 예열한다.

iii. 그 후, 기판을 80 ℃에서 20 % 황산 욕으로 옮기고 15분 동안 방치한다. 그 후, 기판을 탈 이온수로 린싱한다.

iv. 기판을 PdCl₂ 용액 (1 g L^-1)에 2분 동안 두었다. 그 후, 기판을 탈 이온수로 린싱한다.

v. 그 후, (ii)에서와 같이 기판을 80 ℃로 재가열한다.

vi. 상기 정의된 바와 같은 적어도 10 리터의 나노 플럭스 무전해 도금 용액을 저장소에서 75 ℃로 가열한다. 무전해 도금 용액을 기판의 표면을 통해 저장소로부터 연속적으로 펌핑하고, 2시간 동안 저장소로 회수시킨다.

vii. 코팅된 기판을 탈 이온수로 린싱한다.

viii. 코팅된 기판을 오븐에서 건조시킨다.

상기 실험 프로토콜은 단계(vi)를 하기와 같이 조절함으로써 클러스터를 포함하는 코팅을 생성하도록 변형될 수 있다:

vi. 저장소에서 적어도 50 리터의 나노 플럭스 무전해 도금 용액을 75 ℃로 가열한다. 무전해 도금 용액을 기판의 표면을 통해 저장소로부터 연속적으로 펌핑하고, 4시간 동안 저장소로 회수시킨다.

3. 열 교환의 유동 채널을 코팅하기 위한 유동 공정

이러한 유동 공정 프로토콜은 열 교환기의 유동 채널을 코팅하기 위한 것이다. 열 교환기는 (코팅하려고 하는) 2개의 단부를 갖는 제1 유동 채널 및 (열 전달 유체를 운반하기 위한) 2개의 단부를 갖는 제2 유동 채널을 포함한다. 이 프로토콜에서, 코팅될 유동 채널은 1 평방 미터의 표면적을 갖는다.

i. 기판의 제2 유동 채널(즉, 코팅되지 않은 유동 채널)을 각 단부에서 80 ℃에서 유지되는 물 공급원에 부착한다. 물을 제2 유동 채널을 통해 연속적으로 펌핑한다.

ii. 기판의 제1 유동 채널(즉, 코팅 될 유동 채널)을 각 단부에서 80 ℃에서 20% 황산 욕의 저장소에 부착한다. 저장소로부터의 황산을 15분 동안 제1 유동 채널을 통해 펌핑한다.

iii. 물과 산의 펌핑을 중단한다.

iv. 모든 산을 제1 유동 채널에서 배출한다.

v. 그 후, 제 1 유동 채널을 탈 이온수 공급원에 연결한다. 탈 이온수를 5분 동안 또는 제1 유동 채널을 빠져 나가는 물이 깨끗해질 때까지 채널을 통해 펌핑한다. 그 후, 모든 물을 제1 유동 채널에서 배출한다.

vi. 제1 유동 채널을 양쪽 말단에서 실온에서 PdCl₂ 용액 (1 g L^-1)의 공급원에 연결한다. PdCl₂ 용액을 제1 유동 채널로 펌핑하고 2 분 동안 방치한다. 그 후, 모든 PdCl₂ 용액을 제1 유동 채널로부터 배출한다.

vii. 그 후, 단계 (v)에서와 같이 기판을 탈 이온수로 린싱한다.

viii. 제2 유동 채널을 통해 80 ℃에서의 물 펌핑이 다시 시작한다.

ix. 제1 유동 채널을 75 ℃에서 유지되는 (상기 정의된 바와 같은) 적어도 10L의 나노 플럭스 무전해 도금 용액을 함유하는 저장소에 양 말단에서 연결한다. 무전해 도금 용액을 저장소로부터 유동 채널로 천천히 펌핑하여, 5분 이상의 기간 후에 제1 유동 채널을 무전해 도금 용액(예를 들어, 1 L의 체적을 갖는 열 교환기 용으로 0.1 L min^-1)으로 채운다.

x. 무전해 도금 용액의 펌핑 속도를 10배만큼(예를 들어, 1.0 L min^-1) 증가시킨다. 이러한 펌핑 속도를 2시간 동안 유지한다.

xi. 무전해 도금 용액의 펌핑을 중단하고, 무전해 도금 용액 전체를 제1 유동 채널 밖으로 배출한다.

xii. 코팅된 기판을 단계 (v)에서와 같이 탈 이온수로 린싱한다.

xiii. 코팅된 기판을 오븐에서 건조시킨다.

상기 실험 프로토콜은 하기에 의해 제1 유동 채널에서 클러스터를 포함하는 코팅을 생성하도록 변형될 수 있다:

- 제1 유동 채널이 75 ℃에서 유지되는 적어도 50 리터의 나노 플럭스 무전 해 도금 용액을 함유하는 저장소에 양 단부가 연결되도록 단계 (ix)를 조정하는 단계; 및

- 더 높은 펌핑 속도가 4 시간 동안 유지되도록 단계 (x)를 조정하는 단계.

당업자는 온도 및 펌프 속도와 같은 상기 공정의 특정 특징이 달라질 수 있음을 이해할 것이다.

실시예

1. 샘플 코팅의 제조

소량의 구리 시험편을 상기 욕 공정 프로토콜 (프로토콜 1)을 사용하여 본 발명의 방법에 따라 코팅했다. 상이한 스파이크 길이를 달성하기 위해 코팅 시간을 변화시켰다. 각 경우에 적어도 100 ml의 나노 플럭스 용액을 사용했다. 본 발명에 따라 생성된 열 교환 소자는 주사 전자 현미경 (SEM)을 사용한 이미지였다. 결과를 도 3(일반 프로토콜) 및 도 5(클러스터를 생성하도록 수정된 프로토콜)에 도시했다.

도 3 (a)는 구리 시험편을 나노 플럭스 용액의 욕에 1 시간 동안 가해 수득된 1 내지 3 ㎛ 길이의 스파이크를 포함하는 코팅을 도시한다. 도 3 (b)는 구리 시험편을 나노 플럭스 용액의 욕에 약 2 시간 동안 가하여 수득된 4 내지 5 ㎛ 길이의 스파이크를 포함하는 코팅을 도시한다. 도 3 (c)는 구리 시험편을 나노 플럭스 용액의 욕에 4시간 동안 가한 8-10 ㎛ 길이의 스파이크를 포함하는 코팅을 도시한다.

도 5(a)는 클러스터 내에 배열된 길이가 약 7 ㎛인 스파이크를 포함하는 코팅을 도시한다. 이 코팅을 구리 시험편을 약 3 시간 동안 나노 플럭스 용액의 욕에 가함으로써 수득했다. 이를 재활성화시킨 후, 추가 3 시간 동안 코팅했다. 또한, 도 5 (b)는 클러스터 내에 배열된 스파이크 코팅을 도시한다.

직경이 75 ㎛ 인 와이어를 포함하는 스틸 와이어 메쉬의 시험편을 상기 욕 공정 프로토콜 (프로토콜 1)을 사용하여 본 발명의 방법에 따라 코팅했다. 와이어 메쉬는 약 3시간 동안 나노 플럭스 용액의 배스에 적용했다. 생성물은 SEM을 사용하여 이미지화했으며, 그 결과를 도 6에 나타냈다.

2. 열 교환기의 제조

열 전달 유체를 위한 채널 및 냉매를 위한 채널을 갖는 구리 브레이징(brazing)을 갖는 316 스테인리스 스틸로 제조된 브레이즈된 판형 열 교환기를 열 교환기(상기 프로토콜 3)의 채널을 코팅하기 위한 유동 공정을 사용하여 본 발명의 방법에 따라 코팅했다. 이는 냉매의 채널의 내부를 따라 길이가 약 3 ㎛인 스파이크를 포함하는 코팅을 갖는 열 교환기를 생성했다. 그 채널 내부의 SEM 이미지를 도 4에 나타냈다.

이 실시예는 본 발명의 방법이 본 발명의 열 교환 요소를 기존의 열 교환기로 개조하기 위해 사용될 수 있음을 보여준다. 본 방법은 기존 열 교환기의 전부 또는 일부를 코팅하여, 본 발명에 따른 제품을 제조하는데 사용될 수 있다.

3. 풀 비등에서 열 교환 소자의 열 전달 효율.

단계 vi에서 시험편을 4시간 동안 75 ℃에서 나노 플럭스 용액의 욕에 배치한 것을 제외하고는, 프로토콜 2에 따라 구리 시험편을 코팅함으로써 본 발명의 방법에 따라 열 교환 소자를 제조했다. 열 교환 소자는 도 3(c)에 도시된 것과 유사하다 (길이가 8 내지 10 ㎛인 스파이크). 풀 비등 실험에서 열을 유기 냉매로 전달하는 능력을 시험했다. 풀 비등 실험은 "Compound effect of EHD and surface roughness in pool boiling and CHF with R-123", Ahmad et al., Applied Thermal Engineering, vol. 31, pp. 1994-2003, 2011, 및 "Pool boiling on Modified Surfaces Using R-123", Ahmad et al., Heat Transfer Engineering, Vol 35, Issue 16-17, 2014에 기재된다. 결과를 도 7 및 8에 나타냈다.

도 7은 벽 과열도 (DT_c)의 함수로서 표면에서 유기 냉매까지의 kW m^-2 단위의 열 유속을 보여준다. 결과는 도 3(c)에 도시된 것과 같은 코팅된 구리 열 교환 소자 및 연마된 무산소 구리 표면에 대해 제공된다. 본 발명에 따른 열 교환 소자에 대한 결과는 청색으로 도시되고, 그래프의 왼쪽으로 가파른 경사선에 나타난다. 연마된 표면에 대한 결과는 검은색으로 표시되고, 그래프 하단을 따라 더 평평한 선에 나타난다. 도 7은 본 발명의 소자가 낮은 과열도를 유지하면서 소자에서 냉매로 높은 열 유속을 달성할 수 있음을 보여준다. 높은 열 유속이 표면에 제공되는 경우에도, 소자는 열을 냉매로 효율적으로 전달하여, 그 온도가 냉매보다 높게 상승하지 않도록 한다. 표면은, 표면에 열을 공급하는 가열 단위가 표면으로부터의 빠른 열 손실을 견딜 수 없을 정도로 잘 작동했다. 대조적으로, 연마된 표면은 열을 천천히 냉매로 전달한다. 표면으로의 열 유속은 열이 표면 밖으로 그리고 냉매로 천천히 소산될 때 연마된 표면을 냉매의 온도보다 높은 온도로 가열한다.

도 8은 하기와 같은 다양한 표면에 대한 벽 과열도 (DT_c)의 함수로서 표면에서 유기 냉매까지의 kW m^-2의 열 유속을 보여준다:

(i) 연마된 표면(가장 평평한 검은 선).

(ii) 500 nm 정도 높이의 구리 표면 구조를 포함하는 WO2014/064450에 기술된 것과 같은 구리 코팅으로 코팅된 표면(녹색선, 약 11 ℃의 DT_c까지 거의 평평한 후 급격히 상승).

(iii) 1 ㎛ 길이의 구리 스파이크를 포함하는 코팅으로 코팅된 구리 기판(적색선, 약 8 ℃의 DT_c까지 거의 평평한 후 급격히 상승)을 포함하는 본 발명에 따른 열 교환 소자.

(iv) 10 ㎛ 길이의 구리 스파이크를 포함하는 코팅으로 코팅된 구리 기판(청색선, 약 2 ℃의 DT_c로부터 급격히 상승)을 포함하는 본 발명에 따른 열 교환 소자.

본 발명의 열 교환 소자는 시험 장치가 고장난 지점까지 매우 높은 열 유속을 생성했다. 또한, 본 발명의 열 교환 소자(특히, 10 ㎛ 길이의 스파이크를 갖는)는 높은 열 유속에서도 매우 낮은 과열도를 유지하여, 표면에서 냉매로의 열 전달 효율이 우수하다.

4. 유동 비등에서 열 교환 소자의 열 전달의 효율

기판으로서 얇은 금속 튜브를 포함하는 본 발명에 따른 열 교환 소자를 본 발명의 무전해 유동 도금 공정에 의해 제조했다. 코팅은 도 4에 도시된 코팅과 같은 튜브의 내부 표면 상에 제공되었다. 유기 냉매는 가열되는 동안 튜브를 통해 흐른다. 유기 냉매의 유속은 차례로 200 kg m^-2 s^-1, 300 kg m^-2 s^-1, 400 kg m^-2 s^-1, 및 500 kg m^-2 s^-1로 설정되었다. 각 유속에서의 열전달 계수를 측정했다. 각각의 유속에서 코팅되지 않은 튜브의 열 전달 계수도 측정되었다. 열 전달 계수를 측정하기위한 실험 프로토콜은 "Flow Boiling Heat Transfer In A Vertical Small-Diameter Tube: Effect Of Different Fluids And Surface Characteristics", Al-Gaheeshi et al., Conference: Proceedings of the 4th International Forum on Heat Transfer, IFHT2016, November 2-4, 2016, at Sendai, Japan에 기재된다. W m^-2 K^-1의 열 전달 계수는 열 전달 효율의 척도이다. 큰 열 전달 계수는 열 교환 소자가 열을 보다 효율적으로 전달함을 나타낸다.

결과를 도 9에 나타냈다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 코팅된 튜브는 각각의 유속에서 코팅되지 않은 튜브보다 높은 열 전달 계수를 가졌다. 따라서, 본 발명에 따른 열 교환 소자를 제조하기 위한 코팅은 표면에 걸친 열 유속을 개선시켰다.

5. 도금 시간의 변화

본 발명의 무전해 도금 공정은 도금된 구조물의 크기를 변화시키도록 조정될 수 있다. 도 10은 기판이 무전해 도금 용액, 예를 들어 무전해 도금 용액의 유동에 노출되는 시간을 변화시킴으로써 달성되는 대략적인 스파이크 높이(상부 파선) 및 바닥(하부 실선)에서의 스파이크 반경을 도시한다. 스파이크 길이는 바닥 반경과 마찬가지로 시간이 지남에 따라 증가한다.

스파이크는 대략 원뿔형이다. 상기 길이와 반경은 각 스파이크를 직각에서 원뿔의 바닥을 통과하는 원뿔의 축에 근사하여 수득된다. 원뿔의 바닥은 원뿔의 가장 짧은 변의 바닥에 있는 평면의 원이다. 따라서, 스파이크 길이는 바닥에서 선단까지의 대략적인 원뿔 축의 길이이며, 바닥의 반경은 이 근사에서 원형 바닥의 반경이다.

이러한 실험을 수행하는 동안, 원뿔 각도 (즉, 원뿔의 변이 바닥과 이루는 각도)는 무전해 도금이 수행되는 시간의 길이에 영향을 받지 않는다는 것이 주목되었다. 따라서, 본 발명의 방법은 길고, 날카로운 스파이크를 생성할 수 있으며; 스파이크는 본 발명의 공정 동안 더 길어질수록 덜 날카로워지지 않는다.

6. 코팅된 대 코팅되지 않은 열 교환기의 열 전달 효율의 비교

코팅된 증발기(즉, 열 교환기)를 상기 프로토콜 3에 따라 제조했다. 이 프로토콜에서 설명된 바와 같이, 냉매를 수용하기 위한 증발기의 유동 채널을 본 발명의 방법에 따라 코팅했다. 그러나, 물을 수용하기 위한 증발기의 다른 유동 채널은 코팅되지 않았다.

또한, 코팅되지 않은 증발기는 비교 목적을 위해 수득되었다. 이러한 코팅되지 않은 증발기는 다른 증발기와 구조가 동일하지만, 코팅되지 않은 증발기의 유동 채널은 본 발명에 따라 코팅되지 않았다.

코팅 및 코팅되지 않은 증발기는 차례로 시험 장비에 통합되었다. 시험 장치는 도 11에 나타냈다.

시스템은 작동 냉매 R245fa로 사용했다. 그 후, 물에서 냉매로 열을 전달하는 증발기의 능력을 평가했다. 열 교환기의 정상적인 사용에 따라 냉매와 물을 증발기를 통해 순환시켰다. 이와 관련하여 수행된 실험 테스트 동안, 물에서 냉매로의 열 전달 속도를 평가했다. 상이한 유속 하에 코팅된 증발기의 코팅을 시험하기 위해 다수의 실험을 수행했다. 코팅되지 않은 증발기를 사용하지만 비교를 위해 동일한 유동 파라미터를 사용하여 실험을 반복했다.

수행된 실험에 기초하여, 열 전달 계수 (UA)를 산출했다. 이는 표면에 걸친 열 유속과 표면에 걸쳐 존재하는 온도 차이 사이의 비례 상수이다. 따라서, 표면이 큰 열 전달 계수를 갖는 경우, 표면의 양면에 걸친 온도 차이가 작은 경우에도 효율적으로 열을 전달할 수 있다. 열 전달 계수가 더 작은 표면은 표면이 감지할 수 있는 열의 유동을 허용하기 전에 표면에 걸친 온도 차이가 더 커야한다 (즉, 더 큰 구동력). 열 전달 계수를 산출하는 방법은 Fernando et al. in "Propane heat pump with low refrigerant charge: design and laboratory tests",　International Journal of Refrigeration,　27(7), pp.761-773, 2004, and by Dutto et al. in "Performance of brazed plate heat exchanger set in heat pump Proceedings of the 18th International Congress of Refrigeration, new challenges in refrigeration", Montreal, Quebec, Canada, vol. 3 (10-17 August 1991)에 제공된다.

두 증발기의 온도의 함수로서 열 전달 계수를 도 12에 나타냈다. 두 경우 모두 증발기를 통한 냉매 유속은 0.0121 kg/s이다.

코팅되지 않은 증발기의 UA는 사각형 마커로 표시되며, 200 W/K 영역에 있다. 그러나, 원형 마커로 도시된 코팅된 증발기는 300 W/K의 영역에서 열 전달 계수를 달성한다. 예를 들어, 2.25kW의 증발기의 수측 열 전달 속도로 산출된 열 전달 계수를 비교하면, 코팅된 증발기의 UA가 코팅되지 않은 증발기의 UA보다 51.74 % 높다는 것을 알 수 있다. 이는 현저한 개선이다.

또한, 작동 중 증발기의 냉매-코팅된 측면에 대한 압력 강하가 거의 없이 달성되었다. 압력 강하는 유로를 따른 유동 압력의 차이이다(예를 들어, 열 교환기의 진입 지점과 배출 지점 사이). 압력 강하는 유로를 따라 유체의 유동에서 난류에 의해 발생한다. 높은 압력 강하는, 열 교환기를 통한 펌프 펌핑 유체(예를 들어, 냉매)가 유체를 통과시키기 위해 더 열심히 작동할 필요가 있음을 의미한다. 따라서, 높은 압력 강하를 피하는 것이 유리하다.

Claims

기판 및 코팅을 포함하는 열 교환 소자(heat exchange element)로서,
상기 열 교환 소자는 유체의 유동을 위한 유로(flow path)를 정의하고, 상기 유로의 적어도 일부는 코팅으로 코팅되는데,
상기 코팅은 금속을 포함하고,
상기 코팅은 100 ㎛ 이하의 길이를 갖는 복수의 스파이크(spike)를 포함하고,
상기 코팅은 평균 스파이크 길이가 S₁인 유로의 단부에서의 제1 영역과, 평균 스파이크 길이가 S₂인 유로 상의 제2 영역을 포함하고,
S₁은 S₂ 보다 큰 것인, 열 교환 소자.
제1항에 있어서,
상기 스파이크는 1 ㎛ 이상 및 50 ㎛ 이하의 길이를 갖는 것인, 열 교환 소자.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 S₂는 S₁의 50% 내지 90%인 것인, 열 교환 소자.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 S₁은 2 ㎛ 내지 10 ㎛인 것인, 열 교환 소자.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스파이크는 그 선단(tip)에서 100 nm 이하의 두께를 갖는 것인, 열 교환 소자.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 스파이크는 하나 이상의 클러스터(cluster) 로 배열되고, 각각의 클러스터는 둘 이상의 스파이크를 포함하는 것인, 열 교환 소자.
제6항에 있어서,
상기 각각의 클러스터의 직경은 10 내지 50 ㎛인 것인, 열 교환 소자.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코팅의 두께는 10 ㎛ 이상인 것인, 열 교환 소자.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코팅은 구리를 포함하는 것인, 열 교환 소자.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코팅은, 코팅의 80 중량%의 금속을 포함하는 것인, 열 교환 소자.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코팅은 무전해 도금(electroless deposition)에 의해 수득될 수 있는 것인, 열 교환 소자.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평균 스파이크 길이는 유로의 전체 또는 일부를 따라 눈금이 매겨진(graduated) 것인, 열 교환 소자.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코팅은 코팅 상에 표면층을 포함하는 것인, 열 교환 소자.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 금속 물체인 것인, 열 교환 소자.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 열을 액체로 전달하기에 적합한 열 교환기(heat exchanger)인 것인, 열 교환 소자.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유로는 유동 채널(flow channel)을 포함하고, 상기 코팅은 상기 유동 채널의 표면의 적어도 일부 상에 존재하는 것인, 열 교환 소자.
제16항에 있어서,
상기 유동 채널의 입구 또는 부근에 제1 영역이 위치하고, 상기 제1 영역보다 입구로부터 더 먼 거리에 제2 영역이 위치하는 것인, 열 교환 소자.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열 교환 소자는 냉매를 함유하는 것인, 열 교환 소자.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에서 정의된 바와 같은 열 교환 소자의 유로에 유체를 제공하는 단계를 포함하는, 열을 유체로 또는 유체로부터 열을 전달하는 방법.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 기재된 열 교환 소자의 제조방법으로서,
상기 방법은 무전해 도금 용액을 기판의 표면에 제공하는 단계를 포함하는 것인, 열 교환 소자의 제조방법.
제20항에 있어서,
상기 방법은 욕 공정(bath process)인 것인, 열 교환 소자의 제조방법.
제20항에 있어서,
상기 방법은 기판의 표면 위로 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함하는 것인, 열 교환 소자의 제조방법.
기판 및 코팅을 포함하는 열 교환 소자의 제조방법으로서,
상기 코팅은 금속을 포함하고,
상기 방법은 기판의 표면 위로 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함하는 것인, 열 교환 소자의 제조방법.
제23항에 있어서,
상기 열 교환 소자는 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에서 정의된 바와 같은 것인, 열 교환 소자의 제조방법.
제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은,
기판의 표면 위로 무전해 도금 용액의 저장소로부터 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계; 및
상기 저장소로 상기 무전해 도금 용액을 회수시키는 단계를 포함하는 것인, 열 교환 소자의 제조방법.
제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은,
제1 유동 속도 F₁로 기판의 표면 위로 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계; 및
제2 유동 속도 F₂로 상기 기판의 표면 위로 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함하는 것인, 열 교환 소자의 제조방법.
제26항에 있어서,
상기 F₂는 F₁보다 더 큰 것인, 열 교환 소자의 제조방법.
제22항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 무전해 도금 용액을 기판의 표면 위로 유동시키도록 무전해 도금 용액을 펌핑하는 단계를 포함하는 것인, 열 교환 소자의 제조방법.
제22항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 유동 채널을 포함하고, 상기 방법은 상기 유동 채널을 통해 무전해 도금 용액을 유동시키는 단계를 포함하는 것인, 열 교환 소자의 제조방법.
제20항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은,
(i) 기판의 표면에 산을 제공하는 단계; 및/또는
(ii) 기판의 표면을 활성화시키는 단계를 포함하고,
상기 단계 (i) 및/또는 (ii)는 기판의 표면에 무전해 도금 용액을 제공하는 단계 전에 수행되는 것인, 열 교환 소자의 제조방법.
제20항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무전해 도금 용액은 수용액인 것인, 열 교환 소자의 제조방법.
제20항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무전해 도금은 구리 및/또는 니켈 이온을 포함하는 것인, 열 교환 소자의 제조방법.
제20항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 20 ℃ 내지 100 ℃의 온도에서 수행되는 것인, 열 교환 소자의 제조방법.
제20항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 0.5시간 내지 10시간의 기간 동안 기판의 표면에 무전해 도금 용액을 제공하는 단계를 포함하는 것인, 열 교환 소자의 제조방법.
제20항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 시간 T 동안 기판의 표면에 무전해 도금 용액을 제공하는 단계를 포함하는데, 여기서 T는 무전해 도금 용액이 5 내지 50% 고갈되는데 걸리는 시간인 것인, 열 교환 소자의 제조방법.
제20항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 열 교환 소자에 표면층, 바람직하게는 니켈을 포함하는 표면층을 적용하는 단계를 포함하는 것인, 열 교환 소자의 제조방법.
제23항 내지 제36항 중 어느 한 항에서 정의된 바와 같은 방법에 의해 수득되거나 수득될 수 있는 열 교환 소자.