(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211124049.9 (22)申请日 2022.09.15 (71)申请人 湖南大学 地址 410082 湖南省长 沙市麓山 南路1号 (72)发明人 张冀　黄晟　黄晓辉　胡润东　 胡旭东　 (74)专利代理 机构 北京高沃 律师事务所 1 1569 专利代理师 赵丽恒 (51)Int.Cl. B23K 26/362(2014.01) B23K 26/70(2014.01) F25B 39/02(2006.01) (54)发明名称 一种微结构强化表面的制备方法及其板式 蒸发器 (57)摘要 本发明公开了一种微结构强化表面的制备 方法及其板式蒸发器， 涉及强化传热与节能领 域， 制备方法包括先对金属表 面进行去污除油清 洗， 再采用飞秒激光烧蚀技术对清洁后的金属表 面进行烧蚀， 得到具有由微米级槽道主结构及覆 盖在其上的纳米级或亚微米级多孔次结构组合 而成的复合微结构的表面， 板式蒸发器包括人字 形金属波纹板， 该人字形金属波纹板具有上述微 结构强化表 面， 此种微结构强化表 面在蒸发器中 可实现增大汽化核心密度、 提高汽 液界面的蒸发 量、 降低成核所需过热度等效果， 微结构中的多 孔次结构又可为沸腾过程中汽泡的生成提供大 量的潜在成核点， 从而有效强化沸腾传热过程， 使板式蒸发器的传热性能明显提升 。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 115464272 A 2022.12.13 CN 115464272 A 1.一种微结构强化表面的制备 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 1)预处理： 对金属表面进行去污除油清洗； 2)激光烧蚀： 采用飞秒激光烧蚀技术， 发射高能激光作用到所述金属表面， 使该表面迅 速加热熔化蒸发， 随后冷却结 晶形成复合微结构， 所述复合微结构包括微米级槽道主结构 和覆盖在其上的纳米级或亚微米级多孔次结构； 激光烧蚀的各项参数为： 激光功率20W ‑ 500W， 波长266nm ‑1064nm， 脉宽50fs ‑12ps， 重复频率300kHz ‑800kHz， 扫 描速度0.2m/s ‑2m/ s， 扫描间距5 0 μm‑200 μm。 2.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于： 步骤2)得到的所述微米级槽道主结构 的凹槽宽度为10 μm –100 μm， 所述纳米级或亚 微米级多孔次结构的 晶粒尺寸 为100nm–10 μm。 3.根据权利要求2所述的制备方法， 其特征在于： 步骤2)中激光烧蚀的路径为垂直的网 格结构。 4.根据权利要求3所述的制备方法， 其特征在于： 步骤2)所采用的设备是飞秒 或皮秒激 光器， 通过160mm  f‑theta lens的扫描振镜加工， 激光烧蚀的工作模 式和参数范围通过与 设备连接的电脑进行设定， 激光烧蚀的路径通过CorelDRAW或AutoCAD软件绘制。 5.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于： 步骤1)所述的金属样品材质为钢、 钛 或铜。 6.根据权利要求5所述的制备方法， 其特征在于： 步骤1)所述的对金属表面进行清洗的 方法是酸洗或超声 波。 7.一种应用1 ‑6任一项所述的方法制备的微结构强化表面的板 式蒸发器， 其特征在于： 包括人字形金属波纹换热板、 固定架、 支撑杆和移动架， 所述人字形金属波纹换热板具有 所 述微结构强化表面， 所述支撑杆一侧 安装在所述固定架上， 所述人字形金属波纹换热板层 叠安装在所述支撑杆之间， 所述支撑杆另一侧 安装有所述移动架， 所述固定架与人字形金 属波纹换热板之间、 人字形金属波纹换热板与人字形金属波纹换热板之间、 人字形金属波 纹换热板与 移动架之 间均设置有密封垫圈， 所述密封垫圈用于限制流入蒸发器中的热源和 工质的流向， 所述支撑杆位于所述移动架外侧的部分设置有锁紧结构， 所述锁紧结构用于 固定并夹紧移动架。 8.根据权利要求7所述的一种应用所述微结构强化表面的板 式蒸发器， 其特征在于： 层 叠安装的相邻所述人字形金属波纹换热板的人字波纹上下方向相反， 且相 邻两块所述人字 形金属波纹换 热板的波峰与波谷互相接触。 9.根据权利要求8所述的一种应用所述微结构强化表面的板 式蒸发器， 其特征在于： 所 述支撑杆分别安装在所述固定架上 下两侧。 10.根据权利要求9所述的一种应用所述微结构强化表面的板式蒸发器， 其特征在于： 所述支撑杆上设置有螺纹结构， 所述锁紧结构为与所述螺纹结构相配合的螺母和弹簧垫 圈。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115464272 A 2一种微结构强化表面的制备方 法及其板式蒸发器 技术领域 [0001]本发明涉及强化传热与节能领域， 特别是涉及一种微结构强化表面的制备方法及 其板式蒸发器。 背景技术 [0002]热力循环系统是一类实现对可再生能源利用的重要绿色低碳技术。 蒸发器作为众 多热力循环系统中的核心部件， 其性能直接影响系统的效率和经济性。 板式换热器因其传 热效率高、 结构紧凑、 成本较低等优点， 被作为蒸发器广泛应用于各类热力循环系统中， 如 发明名称为 “一种板式降膜蒸发器 ”、 申请号为 “201420827124.2 ”的发明专利， 包括由支柱、 导杆、 活动压紧板、 固定压紧板组成的框架以及若干叠装在框架内并用紧固螺栓紧固的蒸 发板片。 但是对于可再生能源中的中低温热源， 因其温度低， 导致工质在如上述发 明专利一 样的一般蒸发器内换热驱动力不 足， 热阻大， 为了满足系统的额定热负荷， 必须增大蒸发器 的换热面积， 大尺 寸的蒸发器则增大了系统成本和占用空间， 导致系统的经济性降低。 另一 方面， 非共沸混合工质的非等 温汽‑液相变过程与热(冷)源 具有更好的匹配性， 当使用非共 沸混合工质替代传统纯工质时， 可有效提升循环系统效率， 实现系统成本的降低。 但是相对 于纯工质， 非共沸混合工质各成分之间存在额外的传热传质阻力， 其沸腾传热系数降低， 传 热性能减弱， 传热性能的降低迫使一般蒸发器所需换热面积和换热器成本大大增加， 抑制 或抵消了使用非共沸混合工质系统提升效率所 带来的经济成本降低的优势。 [0003]此外， 板式换热器由多块波纹曲面金属板叠装而成， 其紧凑型结构以及波纹板自 身的曲面构造， 增加现有微加工技术在波纹曲面板上制 造微结构强化表面的难度， 致使制 造过程存在明显技术缺陷， 如发明名称为 “一种板式蒸发器用换热板 ”、 申请号为 “201310119871.0 ”的发明专利， 其在换热板片基体上端面加工出微肋、 开有微凹或在所述 换热板片 基体的表 面加工出粗糙结构， 或者如纳米粒子电化学沉积法， 存在耗时长、 程序复 杂、 成本高， 且生成的结构具有随机性 等不利因素。 [0004]由此， 如何提升可再生能源利用中低温热能的利用效率以及非共沸混合工质在蒸 发器内的传热性能， 以及 如何简化换 热板表面制作工艺成为了亟 待解决的问题。 发明内容 [0005]本发明的目的是提供一种微结构强化表面的制备方法及 其板式蒸发器， 以解决上 述现有技 术中出现的问题。 [0006]为实现上述目的， 本发明提供了如下 方案： [0007]一种微结构强化表面的制备 方法， 包括以下步骤： [0008]1)预处理： 对金属表面进行去污除油清洗； [0009]2)激光烧蚀： 采用飞秒激光烧蚀技术， 发射高能激光作用到所述金属表面， 使该表 面迅速加热熔化蒸发， 随后冷却结 晶形成复合微结构， 所述复合微结构包括微米级槽道主 结构和覆盖在其上的纳米级或亚微米级多孔次结构； 激光烧蚀的各项参数为： 激光功率说　明　书 1/5 页 3 CN 115464272 A 3