[发明专利]带有微结构化涂层的热交换元件及其制造方法

说明书

本发明提供了一种热交换元件，其包括基底和涂层，其中所述涂层存在于由所述热交换元件限定的流动路径的至少一部分上。所述涂层包含金属并且具有包含长度高达100μm的峰的结构；峰的平均长度在整个涂层中是不同的。本发明还提供一种将热量传递到流体或从流体传递热量的方法，该方法包括将流体提供到本发明的热交换元件的流动路径。本发明还提供一种用于制造本发明的热交换元件的方法，其中该方法包括向基底表面提供无电沉积溶液。本发明还提供了一种用于制造热交换元件的流动方法以及通过该方法获得的或可通过该方法获得的热交换元件。

技术领域

本发明提供一种有助于有效热传递的热交换元件。本发明还提供了一种使用本发明的热交换元件将热量传递到流体或从流体传递热量的方法。还提供了适用于制造热交换元件(包括本发明的热交换元件)的方法，特别是无电流动沉积方法。本发明还提供了通过所述无电流动沉积方法获得的或能通过所述无电流动沉积方法获得的热交换元件。

背景技术

在许多产品和系统中，热量穿过表面的传递是重要的。这种系统的示例包括冷却系统(例如空调系统或制冷系统)和加热系统(例如锅炉)。这种系统的其它示例包括热回收系统。在这种系统中用于热交换的装置的典型构造涉及在热交换元件和与该元件表面接触的流体之间的热传递。可以使用各种各样的源来向热交换元件提供热量。这种构造的示例包括例如热交换器(其中，到热交换器的热源是与热交换器元件的相反侧接触的第二流体)、锅炉、散热器、冰箱等。

因此，希望提供具有非常良好的热传递特性的热交换元件。特别希望提供一种热交换元件，其能够有效地将热量传递到流体，例如与所述元件接触的流体。然而，涉及穿过表面，特别是从固体表面到液体的热传递的过程是复杂的，并且知之甚少。因此，制造具有良好热传递特性的热交换元件或优化现有表面以改善其热传递性能不是一件简单的事情。

在该领域中已经进行了先前的努力。所采取的方法通常包括最大化用于热传递的物体的表面积。

一些以前的工人试图通过提供具有特定润湿性的表面来控制物体的热传递能力。在一个实例中，WO2011/149494描述了与特定液体具有预选接触角的热交换表面。通过在基底上提供亲水性纳米结构来制造该表面。该表面纳米结构通过在基底上沉积氧化物基纳米材料形成，并且该纳米结构具有200-600nm的平均均方根粗糙度或高度。据说这样制造的表面可用于池沸腾实验中。

其它以前的工人已经尝试通过在表面上提供精确的工程化结构来控制表面的热传递能力。该工程化结构通常由硅制成。一个示例见于Surface structure enhancedmicrochannel flow boiling，Zhu等人，Journal of Heat Transfer，第138卷，第091501-1至091501-13页。提供了一种具有硅微柱阵列的微通道，并且据说其促进流动沸腾方式下的热传递。

本发明人先前已经提供了用于热传递的具有分级纳米结构的纳米粗糙表面，如WO2014/064450中所述。发现通过进行有限时间的无电沉积，可以在基底上制造具有分级纳米结构的涂层。通常，该分级纳米结构包括涂覆有尺寸小十倍或一百倍的第二级结构的第一级结构。通常，第一级结构的高度高达500nm，第二级结构包括高度高达50nm的特征。显示这些表面在流动沸腾实验中影响热传递。

本发明的一个目的是提供一种热交换元件，其具有与上述热交换元件相当或更好的热传递特性，并且适于向各种流体传热。改进的热交换性能使得本发明的热交换元件能够更快地并且通过更小的元件冷却热源，从而节省空间和重量。

除了提供具有良好热传递性能的热交换元件之外，本发明的一个目的是提供一种制造热交换元件的方法。许多已知的生产热交换元件的方法是费力且昂贵的。这些已知方法通常是用于增加用于热传递的物体的表面积的方法。