专利名称：有凹槽的多孔表面、其生产方法及在传热中的应用的制作方法
有凹槽的多孔表面、其生产方法及在传热中的应用 相关申请的交叉参照
本申请基于并要求于2005年12月22日提交的美国专利申请60/753,123 的优先权。其内容通过引用结合于此。
背景技术：
1. 发明领域
本发明一般地涉及传热管以及HVACR(加热、通风、空调和制冷)管。 更具体地，本发明涉及具有能够能改善传热性能的增强表面的传热管。
2. 相关技术描述
本领域技术人员知道，带有增强的传热管的传热性能优于普通的平壁 管。表面增强己经应用在了管的内表面和外表面上，包括翼肋(rib)、翅片、 涂层和插入物。所有增强设计皆试图提高管的传热表面积。
传统上，传热管是用内凹槽管(inner-groovedtube)制造的。这些传热管 的缺点是在低热载时热阻升高，这导致受冷设备(例如电气组件)温度提高。 这种温度的升高降低了设备的性能，如果是电气组件，就降低了组件的寿 命，所以限制了热管在低功率场合的使用。因此，需要一种热性能得到改 善且传热容量得到提高的热管。
发明内容
本发明的传热管的内表面被构造成增强管的传热性能。本发明通过提 供一种传热管来满足上述要求，该传热管的管表面用烧结的、铜焊的、或 锡焊的粉末进行了增强，以形成适合用于传热应用的有凹槽的多孔表面管。
在本发明的方法中，传热管用合适的金属如铜或铜合金带形成。用于
形成翼肋或十字线的辊子或其它设备在带的表面形成凹槽，由此增强该表 面。凹槽是纵向的翼肋，与纵向轴以一定角度十字相交，由此在传热管表 面形成突起阵列。
有表面增强凹槽的带还在其表面上结合有金属粉末。金属粉末可以通 过粉末的铜焊、粉末的烧结或粉末的锡焊结合至增强带的表面上。
附图
简要说明
图l是本发明的传热管的正视图，显示了管的剖面部分。
图2是示意性透视图，示出了通过在平板表面上压印图案、然后用平板形
成传热管使该表面成为管的内表面来形成传热管的方法。
图3示出了热阻一热负载曲线，比较了现有技术的热管与本发明的热管的 的热阻。
本发明详细说明
本发明结合了拉伸或棍轧的表面增强与烧结、铜焊或锡焊在管表面上的粉 末，形成用于传热应用的有凹槽的多孔表面管。这些应用包括典型的HVACR 系统中的两相制冷剂。本发明还可用作起到诸如CPU之类的电子组件的热沉作 用的传热管。有凹槽的多孔表面设计的目的是提高传热容量。
本发明的传热管最初可从诸如铜之类的合适金属带形成。铜带可由辊 子或其它设备产生增强表面，用于在带表面上形成翼肋或十字线(cross hatches)。凹槽可以形成在最终管的纵向上和/或与纵向成一定角度，基于本 发明这对于本领域技术人员是显而易见的。 一个示例性图案包括形成在凹 槽之间的纵向翼肋。纵向的翼肋于是与纵向轴以一定角度十字相交，由此 在传热管表面形成突起阵列。
参考图l，管10由铜或铜合金或其它热导金属之类的金属形成。管10 是具有外径、内径及相应壁厚的圆柱体。内表面上形成有内表面增强13。 本发明的传热管可以通过在铜或铜合金带的表面上辊压出增强图案13来制 做。
图2示出压花(embossing)过程。三个辊压花台36、 38和40设置于生 产线上，用于在表面24上形成或压出第一、第二及第三增强或图案42、 44 及28。
每一个压花台36、 38和40具有相应的图案增强辊46、 48和50以及 相应的普通或无图案背辊52、 54和56。每一个台中的背辊和图案辊借助合 适的常规手段(未示出)用足够的力挤压在一起，例如使辊子46的图案表面 58压印入带材30的表面24，因而在带材30上形成增强图案42。
有表面增强的带然后可使粉末结合至其表面上。粉末通常是金属粉末， 合适粉末的一个例子是铜粉末。其它合适的粉末包括铜合金，比如黄铜、 含磷铜(例如DHP)、含银铜等。
铜粉末涂层结合至增强带表面的方法可以是任选地将铜粉末与铜焊 或锡焊材料混合，例如Sn合金粉末或Cu-Ni-Sn-P合金粉末、特别是OKC 600粉末。结合于表面之上的粉末可通过以下方法施涂到表面上，例如喷涂、 刷涂、或者作为粉末混合物倾倒，然后调整层厚。
表面增强传热管上的粉末涂层的厚度在1到250 pm之间。本发明中粉 末涂层的量是每平方米管表面3到750克。在本发明中，粉末粒度是1到 250 |im。
可用以下方法生产本发明的有凹槽的多孔表面。
1. 粉末的铜焊
将混合有有机粘结剂和一些铜焊粉末的铜粉末施涂到铜带或管表面上。这 种粉末可以通过喷涂、刷涂(painting)或刮涂(drawing)，用一步或分多步施涂。 铜粉末颗粒通过在高于450°C，特别是600到70(TC的温度下退火1到10分钟 而相互铜焊在一起并铜焊于铜表面之上。研究发现，620到650'C是合适的温 度。经铜焊结合了粉末之后的带材也可焊成管或铜焊成管。铜焊成管可以在铜 焊粉末的同时完成，或者在单独的步骤中完成。粘结剂可通过在进行铜焊之前 在约100-50(TC的温度下退火除去。
2. 粉末的烧结
将混合有有机粘结剂的铜粉末施涂到铜带或管表面上。这种粉末可以通过
喷涂、刷涂或刮涂，用一步或分多步施涂。取决于粉末大小和温度，铜粉末颗
粒通过在70(TC到105(TC的温度下退火而相互烧结在一起并烧结至铜表面之 上。烧结后的带材随后可焊成管或铜焊成管。粘结剂可通过在进行烧结之前在 约100-50(TC的温度下退火除去。 3.粉末的锡焊
将混合有有机粘结剂的铜粉末施涂到铜带或管表面上。这种粉末可以通过 例如喷涂、刷涂或刮涂，用一步或分多步施涂。铜粉末颗粒可通过在约190°C 到45(TC的温度下退火1到10分钟而彼此锡辉在一起并锡焊至铜表面之上。锡 焊后的带材随后可焊成管。粘结剂可通过在进行锡焊和焊接之前在约100到 50(TC除去。
在上述情况下，铜表面上有表面增强(除平滑壁之外的任何表面)。例如， 铜表面上可以有凹槽、凹陷(pits)、槽口(notches)或细孔。表面增强可通过 上述辊轧或拉伸法产生。
在粉末结合至带材表面之后，该带材可通过拉伸或辊轧形成管，这基 于本发明的内容对本领域技术人员而言是十分明显的。
本发明涂有粉末的管可用于制造热管和HVACR管。
本发明至少可以以下方式实践。首先，本发明的有凹槽的多孔表面管 可通过以下方式生产在带材上形成表面增强，用粉末涂覆带材，通过铜 焊、烧结或锡焊将粉末结合至带材，然后通过焊接或铜焊将带材形成管。 或者，本发明还可以通过以下方式实践制造有表面增强的管，用粉末涂 覆该管，以及随后通过铜焊、烧结或锡焊将粉末结合至该管。
图3是用轴向内凹槽管制造的热管的典型热阻一热负载曲线。A曲线 是无粉末涂层的轴向内凹槽管的热阻曲线。B曲线是有粉末涂层的轴向内 凹槽管的热阻曲线。如图所示，有粉末涂层的管在高热负载时实现了好得 多的热性能。该热性能的改善是由于因表面积较大而改善了润湿和毛细流 动。
尽管已结合特定实施方式描述了本发明，但并非旨在将本发明的范围 局限于所陈述的具体形式，而是相反，希望覆盖可以包括在由所附权利要
求书所确定的本发明的精神和范围之内的替换方案、改进方案以及等效方
权利要求
1.一种传热管，其包括管状构件，其具有限定内径的内表面；所述管状构件在所述内表面上具有表面增强；以及所述内表面上有金属粉末涂层结合于所述表面增强的内表面上。
2. 如权利要求1所述的传热管，其特征在于，所述表面增强选自下组 凹槽、翼肋、凹陷、槽口和细孔。
3. 如权利要求1所述的传热管，其特征在于，所述金属粉末通过铜焊结 合于所述表面增强的内表面上。
4. 如权利要求1所述的传热管，其特征在于，所述金属粉末通过锡焊结 合于所述表面增强的内表面上。
5. 如权利要求1所述的传热管，其特征在于，所述金属粉末通过烧结结 合于所述表面增强的内表面上。
6. 如权利要求l所述的传热管，其特征在于，所述金属粉末由铜组成。
7. 如权利要求1所述的传热管，其特征在于，所述金属粉末由铜合金组成。
8. 如权利要求3所述的传热管，其特征在于，所述金属粉末包括铜焊材料。
9. 如权利要求8所述的传热管，其特征在于，所述铜焊材料由Cu-Ni-Sn-P 合金组成。
10. 如权利要求4所述的传热管，其特征在于，所述金属粉末包括锡焊材料。
11. 如权利要求10所述的传热管，其特征在于，所述锡焊材料由锡合金 组成。
12. 如权利要求1所述的传热管，其特征在于，所述内表面上金属粉末涂 层的厚度是1-250 pm。
13. 如权利要求1所述的传热管，其特征在于，所述内表面上金属粉末的 量是每平方米管表面3-750克。
14. 如权利要求1所述的传热管，其特征在于，所述金属粉末的粒度是 1-250 pm。
15. —种生产具有凹槽多孔表面的传热管的方法，其包括(a) 在管的内表面形成至少一个增强；(b) 在所述内表面上涂覆金属粉末；以及 (C)将所述金属粉末结合至所述内表面上。
16. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述金属粉末选自铜和 铜合金。
17. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，结合于所述传热管内表 面上的金属粉末涂层的厚度是1-250 |im。
18. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，结合于所述传热管内表 面上的金属粉末的量是每平方米管表面3-750克。
19. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，结合于所述传热管内表 面上的金属粉末的粒度是1-250 pm。
20. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，结合所述金属粉末的步 骤还包括将所述金属粉末与有机粘结剂及任选的铜焊粉末或锡焊粉末混 合。
21. 如权利要求15所述的方法 ，其特征在于，结合所述金属粉末的步骤还包括喷涂、刷涂或刮涂。
22. 如权利要求20所述的方法 ，其特征在于，还包括通过在100-500°C退火除去粘结剂。
23. 如权利要求22所述的方法 ，其特征在于，结合所述金属粉末的步 骤还包括铜焊所述金属粉末。
24. 如权利要求23所述的方法 ，其特征在于，所述铜焊步骤还包括在600至700°C退火1到10分钟。
25. 如权利要求23所述的方法 ，其特征在于，所述铜焊步骤还包括在620至650°C退火1到10分钟。
26. 如权利要求22所述的方法，其特征在于，结合所述金属粉末的步骤 还包括烧结所述金属粉末。
27. 如权利要求26所述的方法， 700至-l,050。C退火10到100分钟。
28. 如权利要求22所述的方法， 骤还包括锡焊所述金属粉末。
29. 如权利要求28所述的方法， 骤还包括用Sn合金进行锡焊。
30. 如权利要求28所述的方法， 190至450"C锡焊1到10分钟。其特征在于，所述烧结步骤还包括在 其特征在于，结合所述金属粉末的步 其特征在于，锡焊所述金属粉末的步 其特征在于，所述锡焊步骤还包括在
全文摘要
一种具有表面增强以改善热性能并提高传热容量的传热管。这种传热管的内表面上有一层烧结的、锡焊的或铜焊的金属粉末。
文档编号F28F1/40GK101365919SQ200680048681
公开日2009年2月11日 申请日期2006年12月22日 优先权日2005年12月22日
发明者L·唐, P·瑞桑恩 申请人:鲁瓦塔富兰克林股份有限公司