CN109297106A - 一种超疏水红外吸收涂层、换热器和空调室外机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超疏水红外吸收涂层、换热器和空调室外机，所述超疏水红外吸收涂层包括：红外吸收涂层(11)，能够吸收红外辐射而被加热；超疏水结构(12)，设置在所述红外吸收涂层(11)表面上，能够对所述红外吸收涂层(11)进行疏水作用。通过本发明利用超疏水红外吸收涂层的超疏水特性与辐射升温加热特性的协同作用，实现了空调室外机换热器优异的防结霜效果，提高了空调器使用的舒适性，方式简单，易于实现，不易出故障，提高室内供暖体验度；实现了空调室外机换热器优异的防结霜效果。
Description
技术领域
本发明属于空调技术领域，具体涉及一种超疏水红外吸收涂层、换热器和空调室外机。
背景技术
现有空调器在冬季使用时，室外机在室外湿冷的环境下极易结霜，造成换热效率急剧下降，室内供暖能力大幅下降，系统需要阶段性运行除霜模式，造成室内用户体验差。因此，室外机结霜问题是空调亟需解决的问题。
针对室外机冬季易结霜的问题，行业通常采用如下两种方式：一是利用热能融化霜层的热力除霜法，该类方法又可细分为直接利用电能产生热能融霜的电热除霜法和通过改变系统内制冷剂的流向，利用高温制冷剂在室外换热器内放热完成融霜的热气除霜法，其主要包括逆循环除霜法、热气旁通除霜法、蓄能除霜法等。二是通过附加外场，采用非加热手段完成除霜的非热力除霜法，主要包括高压电场除霜和超声波除霜法等。以上除霜方式效果较好，但无法达到无霜状态，存在供暖体验变差，系统结构复杂，易出故障等问题。
除此之外，由于红外加热具有无辐射、清洁、高效、利用率高等突出优点，已有CN206338990U、JP08159642A等专利将其用在了换热器的除霜上，效果较好，但也存在结构装置复杂等问题。
综上所述，现有技术中还没有一种彻底解决空调外机结霜问题的方案。为了解决这一问题，已有CN103697751A等专利尝试采用超疏水涂层对换热器翅片进行表面处理，通过从结霜机理上延缓霜层的生长来解决室外机的结霜问题，但霜层在后期仍然会大量累积，效果并不理想，需要进一步优化。
由于现有技术中的现有空调室外机存在容易结霜，而现有除霜方式系统结构复杂，易出故障，且容易导致室内供暖体验变差；现有利用超疏水翅片进行除霜方式效果不理想，后期霜层仍然大量累积等技术问题，因此本发明研究设计出一种超疏水红外吸收涂层、换热器和空调室外机。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的空调室外机存在容易结霜，而现有除霜方式系统结构复杂，易出故障，且容易导致室内供暖体验变差的缺陷，从而提供一种超疏水红外吸收涂层、换热器和空调室外机。
本发明提供一种超疏水红外吸收涂层，其包括：
红外吸收涂层，能够吸收红外辐射而被加热；
超疏水结构，设置在所述红外吸收涂层表面上，能够对所述红外吸收涂层进行疏水作用。
优选地，
所述红外吸收涂层包括无机红外吸收成分及有机红外吸收成分。
优选地，
所述无机红外吸收成分包括无机盐、碳化硅、氮化硅、金属氧化物、金属硫化物、纳米金属、纳米石墨、纳米氧化物中的至少一种。
优选地，
所述金属氧化物包括氧化钨、氧化钛、氧化锌中的至少一种；和/或，所述金属硫化物为硫化铜；和/或，所述纳米金属包括铁、钴、镍中的至少一种。
优选地，
所述有机红外吸收成分包括有机配合物体系的红外染料。
优选地，
所述有机配合物体系的红外染料包含箐类染料、酞菁染料、金属络合物染料、偶氮染料中的至少一种。
优选地，
所述箐类染料包括方酸菁、花菁和克酮酸菁染料中的至少一种；和/或，所述酞菁染料为钒酞菁化合物、铜酞菁化合物中的至少一种；和/或，所述金属络合物染料为硫代双烯络合物。
优选地，
所述超疏水结构为超疏水微纳结构，包括微米级凸出结构和纳米级凸出结构。
优选地，
所述微米级凸出结构设置于所述红外吸收涂层的表面上并向外凸出，所述纳米级凸出结构设置于所述微米级凸出结构上并向外凸出。
优选地，
所述微米级凸出结构为直径为10-100μm的球体结构，所述纳米级凸出结构为直径为10-100nm的球体结构。
优选地，
所述超疏水结构由光刻法、等离子体处理法、表面氧化法、化学刻蚀法、电化学沉积和电化学反应法、有机溶液浸泡法、模板法、溶胶-凝胶法、微机械加工技术中的任一表面处理方法制备。
本发明还提供一种换热器，其包括换热表面和前任一项所述的超疏水红外吸收涂层，所述超疏水红外吸收涂层设置在所述换热表面上。
优选地，
所述换热器为管翅式换热器或微通道换热器；所述管翅式换热器由铜管及翅片组成；所述微通道换热器由集流管、扁管及翅片组成。
优选地，
所述铜管、扁管及翅片的至少一部分上设置有所述的超疏水红外吸收涂层。
本发明还提供一种空调室外机，其包括前任一项所述的换热器。
本发明提供的一种超疏水红外吸收涂层、换热器和空调室外机具有如下有益效果：
本发明通过设置红外吸收涂层能够吸收红外辐射而被加热，在红外吸收涂层表面上设置超疏水结构能够对该涂层进行疏水作用，将超疏水表面的疏水特性与红外吸波材料的辐射升温特性结合起来，通过超疏水表面抑制了霜晶与表面的粘附力，阻碍了霜晶与表面的热传递，加之红外吸收材料吸收红外辐射后的升温加热特性，有效控制了初期霜晶的形成。后期形成一定可见霜层后，通过涂层中的红外吸收材料吸收红外辐射后温度升高，使得与表面接触的霜层首先发生融化，加上超疏水表面自身的疏水特性，霜层得以迅速滑落，有效抑制了霜层的进一步形成。利用超疏水红外吸收涂层的超疏水特性与辐射升温加热特性的协同作用，实现了空调室外机换热器优异的防结霜效果，提高了空调器使用的舒适性，方式简单，易于实现，不易出故障，提高室内供暖体验度；实现了空调室外机换热器优异的防结霜效果。
附图说明
图1是本发明的超疏水红外吸收涂层的结构示意图；
图2是本发明的管翅式换热器的结构示意图；
图3是本发明的微通道换热器的结构示意图；
图4是本发明的涂覆有超疏水红外吸收涂层的铜管截面示意图；
图5是本发明的涂覆有超疏水红外吸收涂层的扁管截面示意图；
图6是本发明的涂覆有超疏水红外吸收涂层的翅片截面示意图；
图7是本发明的涂覆有超疏水红外吸收涂层的空调室外机示意图。
图中附图标记表示为：
1、超疏水红外吸收涂层；11、红外吸收涂层；12、超疏水结构；121、微米级凸出结构；122、纳米级凸出结构；2、管翅式换热器；21、铜管；22、翅片；3、微通道换热器；31、集流管；32、扁管；33、微通道；4、红外辐射装置；5、空调室外机。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种超疏水红外吸收涂层1，其包括：
红外吸收涂层11，能够吸收红外辐射而被加热；
超疏水结构12，设置在所述红外吸收涂层11表面上，能够对所述红外吸收涂层11进行疏水作用，所述超疏水结构优选是指由表观接触角CA>90°的疏水材料所制成的结构。所述超疏水结构位于其红外吸收涂层表面，能够从结构上实现超疏水效果。
本发明通过设置红外吸收涂层能够吸收红外辐射而被加热，在红外吸收涂层表面上设置超疏水结构能够对该涂层进行疏水作用，将超疏水表面的疏水特性与红外吸波材料的辐射升温特性结合起来，通过超疏水表面抑制了霜晶与表面的粘附力，阻碍了霜晶与表面的热传递，加之红外吸收材料吸收红外辐射后的升温加热特性，有效控制了初期霜晶的形成。后期形成一定可见霜层后，通过涂层中的红外吸收材料吸收红外辐射后温度升高，使得与表面接触的霜层首先发生融化，加上超疏水表面自身的疏水特性，霜层得以迅速滑落，有效抑制了霜层的进一步形成。利用超疏水红外吸收涂层的超疏水特性与辐射升温加热特性的协同作用，实现了空调室外机换热器优异的防结霜效果，提高了空调器使用的舒适性，方式简单，易于实现，不易出故障，提高室内供暖体验度；实现了空调室外机换热器优异的防结霜效果。
具体实现原理如下：
在霜层形成的初期，一方面超疏水结构具备超疏水的特性，能够在水汽凝结的初期就抑制其凝结核的生成；即使产生少量的凝结核，由于凝结核与超疏水表面的接触角较大，凝结核易于从超疏水表面滑落，同时凝结核与超疏水表面的接触面积较小，热传导变慢，也延长了冷凝水向霜晶的转变；另一方面，红外吸收涂层具备加热的特性，能够自发的吸收来自外部的红外辐射能量导致自身能量增大，温度升高，有效阻止了凝结核及霜晶的生成。
在霜层形成的后期，空调运行产生一定量的可见霜层，红外吸收涂层可及时吸收来自外部辐射及内部红外装置提供的附加能量源使自身温度升高，首先加热融化与表面接触的霜层，加上超疏水表面微纳结构的超疏水作用，霜层得以迅速滑落，有效防止了空调外机霜层的进一步形成。
通过超疏水结构的超疏水特性与红外吸收涂层的辐射升温加热特性的协同作用，实现了空调室外机换热器优异的防结霜效果，提高了空调器使用的舒适性，且方式简单，易于实现。
优选地，
所述红外吸收涂层11包括无机红外吸收成分及有机红外吸收成分。这是本发明的红外吸收涂层的具体优选结构种类和结构形式，通过无机红外吸收成分能够与有机红外吸收成分两种不同的红外吸收成分共同作用以产生红外吸收机理以吸收红外辐射而被加热，从而产生化霜作用以及阻止形成霜的作用。
优选地，
所述无机红外吸收成分包括无机盐、碳化硅、氮化硅、金属氧化物、金属硫化物、纳米金属、纳米石墨、纳米氧化物中的至少一种。这是本发明的无机红外吸收成分的具体种类和结构形式，通过采用无机盐、碳化硅、氮化硅、金属氧化物、金属硫化物、纳米金属、纳米石墨、纳米氧化物中的一种或多种混合物，能够产生相应的无机红外吸收功能，吸收红外辐射，进而被加热以达到化霜作用以及阻止形成霜的作用。
优选地，
所述金属氧化物包括氧化钨、氧化钛、氧化锌中的至少一种；和/或，所述金属硫化物为硫化铜；和/或，所述纳米金属包括铁、钴、镍中的至少一种。这是本发明的无机红外吸收成分中的金属氧化物、金属硫化物和纳米金属的优选具体种类和结构形式，采用氧化钨、氧化钛、氧化锌中的一种或多种，采用硫化铜，以及采用铁、钴、镍中的一种或多种作为纳米金属，能够产生所需的红外辐射吸收功能，吸收红外辐射而被加热，起到化霜和阻霜的作用。
优选地，
所述有机红外吸收成分包括有机配合物体系的红外染料。这是本发明的有机红外吸收成分的具体种类和结构形式，采用有机配合物体系的红外染料，能够具有较强的红外吸收能力，能够吸收内部的红外辐射和外部的红外辐射，从而产生被加热的作用而起到化霜和阻止霜形成的效果。
优选地，
所述有机配合物体系的红外染料包含箐类染料、酞菁染料、金属络合物染料、偶氮染料中的至少一种。这是本发明的有机配合物体系的红外染料的具体种类和优选结构形式，通过采用箐类染料、酞菁染料、金属络合物染料、偶氮染料中的一种或多种混合物，能够产生相应的有机红外吸收功能，吸收红外辐射，进而被加热以达到化霜作用以及阻止形成霜的作用。
优选地，
所述箐类染料包括方酸菁、花菁和克酮酸菁染料中的至少一种；和/或，所述酞菁染料为钒酞菁化合物、铜酞菁化合物中的至少一种；和/或，所述金属络合物染料为硫代双烯络合物。这是本发明的有机红外吸收成分中的箐类染料、酞菁染料和金属络合物染料的优选具体种类和结构形式，采用钒酞菁化合物、铜酞菁化合物中的一种或多种，采用硫化铜，以及采用硫代双烯络合物作为金属络合物染料，能够产生所需的红外辐射吸收功能，吸收红外辐射而被加热，起到化霜和阻霜的作用。
优选地，
所述超疏水结构12为超疏水微纳结构，包括微米级凸出结构121和纳米级凸出结构122。这是本发明的超疏水结构的具体结构形式，通过采用包括微米级凸出结构和纳米级凸出结构的超疏水微纳结构，能够产生最大程度的疏水性能，即能够最大程度的将红外吸收涂层表面的水疏导出或给排除掉，从而保证表面不会积水，进而有效抑制霜的形成，保证了换热器在冬天不会形成结霜或抑制结霜，或是产生结霜了对霜进行除霜。
通过在红外吸收涂层表面制备超疏水微纳结构，设计了一种超疏水红外吸收涂层；利用超疏水微纳结构的超疏水特性与红外吸收涂层的辐射升温加热特性的协同作用，实现了空调室外机换热器优异的防结霜效果。
优选地，
所述微米级凸出结构121设置于所述红外吸收涂层11的表面上并向外凸出，所述纳米级凸出结构122设置于所述微米级凸出结构121上并向外凸出。这是本发明的超疏水微纳结构的进一步的结构形式，如图1所示，其包括从红外吸收涂层表面向外凸出的微米级凸出结构以及在微米级凸出结构表面向外凸出的纳米级凸出结构，这样能够对例如微米级的水粒进行疏导和对纳米级的水粒进行疏导作用，从而产生进一步地提升对水的疏导作用，有效地防止霜的形成和进行化霜除霜的作用。
优选地，
所述微米级凸出结构121为直径为10-100μm的球体结构，所述纳米级凸出结构122为直径为10-100nm的球体结构。这是本发明的微米级凸出结构和纳米级凸出结构的进一步优选的结构形式，采用直径为10-100μm的球体结构作为微米级凸出结构能够最优程度地对微米级的水滴进行疏导作用，采用直径为10-100nm的球体结构作为纳米级凸出结构能够最优程度地对纳米级的水滴进行疏导作用，从而最大程度最优地进行疏水作用，防止霜的形成和进行化霜除霜的作用。
优选地，
所述超疏水结构12由光刻法、等离子体处理法、表面氧化法、化学刻蚀法、电化学沉积和电化学反应法、有机溶液浸泡法、模板法、溶胶-凝胶法、微机械加工技术中的任一表面处理方法制备。这是本发明的超疏水结构的优选制造方法或获得方法，通过采用上述表面处理方法(光刻法、等离子体处理法、表面氧化法、化学刻蚀法、电化学沉积和电化学反应法、有机溶液浸泡法、模板法、溶胶-凝胶法、微机械加工技术)中的任一种制备超疏水结构，能够形成具有最优疏水结构的超疏水结构，能够对水起到最大程度的疏导作用，提升了阻霜和化霜的性能。
如图2-7所示，本发明还提供一种换热器，其包括换热表面和前任一项所述的超疏水红外吸收涂层1，所述超疏水红外吸收涂层1设置在所述换热表面上。通过在换热器的换热表面上设置本发明独有的超疏水红外吸收涂层，能够将超疏水表面的疏水特性与红外吸波材料的辐射升温特性结合起来，通过超疏水表面抑制了霜晶与表面的粘附力，阻碍了霜晶与表面的热传递，加之红外吸收材料吸收红外辐射后的升温加热特性，有效控制了初期霜晶的形成。后期形成一定可见霜层后，通过涂层中的红外吸收材料吸收红外辐射后温度升高，使得与表面接触的霜层首先发生融化，加上超疏水表面自身的疏水特性，霜层得以迅速滑落，有效抑制了霜层的进一步形成。利用超疏水红外吸收涂层的超疏水特性与辐射升温加热特性的协同作用，实现了空调室外机换热器优异的防结霜效果，提高了空调器使用的舒适性，方式简单，易于实现，不易出故障，提高室内供暖体验度；实现了空调室外机换热器优异的防结霜效果。
优选地，
如图2-3所示，所述换热器为管翅式换热器或微通道换热器；所述管翅式换热器由铜管及翅片组成；所述微通道换热器由集流管、扁管及翅片组成。这是本发明的换热器的优选结构形式，以及具体的管翅式换热器和微通道换热器的优选结构形式，能够利用本发明的超疏水红外吸收涂层对管翅式换热器或微通道换热器进行作用，吸收红外辐射以对该换热器进行加热作用，同时利用超疏水结构对水进行疏导，有效地防止霜晶的形成，起到了阻霜和除霜的作用。
优选地，
如图4-6所示，所述铜管、扁管及翅片的至少一部分上设置有所述的超疏水红外吸收涂层。如图4这是本发明的涂覆有超疏水红外吸收涂层的铜管21截面示意图，如图5这是本发明的涂覆有超疏水红外吸收涂层的扁管32截面示意图；如图6这是本发明的涂覆有超疏水红外吸收涂层的翅片22截面示意图，能够分别对铜管、扁管以及管翅式换热器的翅片或微通道换热器的翅片进行阻霜和化霜的作用，提高上述换热表面的有效换热能力。
如图7所示，本发明还提供一种空调室外机5，其包括前任一项所述的换热器。通过设置红外吸收涂层能够吸收红外辐射而被加热，在红外吸收涂层表面上设置超疏水结构能够对该涂层进行疏水作用，将超疏水表面的疏水特性与红外吸波材料的辐射升温特性结合起来，通过超疏水表面抑制了霜晶与表面的粘附力，阻碍了霜晶与表面的热传递，加之红外吸收材料吸收红外辐射后的升温加热特性，有效控制了初期霜晶的形成。利用超疏水红外吸收涂层的超疏水特性与辐射升温加热特性的协同作用，实现了空调室外机换热器优异的防结霜效果，提高了空调器使用的舒适性，方式简单，易于实现，不易出故障，提高室内供暖体验度；实现了空调室外机换热器优异的防结霜效果。
优选地在所述空调室外机内部还设置有红外辐射装置4。所述红外辐射装置能够辐射一定波长的红外线，被前面所述的超疏水红外吸收涂层吸收，导致自身温度升高，从而提高对换热表面的辐射加热程度，提高阻霜和化霜的能力。
所述空调室外机，由于在换热器的铜管及翅片表面涂覆了本发明所述超疏水红外吸收涂层，解决了现有空调室外机易结霜的问题。
具体实现原理如下：
在霜层形成的初期，一方面超疏水结构具备超疏水的特性，能够在水汽凝结的初期就抑制其凝结核的生成；即使产生少量的凝结核，由于凝结核与超疏水表面的接触角较大，凝结核易于从超疏水表面滑落，同时凝结核与超疏水表面的接触面积较小，热传导变慢，也延长了冷凝水向霜晶的转变；另一方面，红外吸收涂层具备加热的特性，能够自发的吸收来自外部的红外辐射能量导致自身能量增大，温度升高，有效阻止了凝结核及霜晶的生成。
在霜层形成的后期，空调运行产生一定量的可见霜层，红外吸收涂层可及时吸收来自外部辐射及内部红外装置提供的附加能量源使自身温度升高，首先加热融化与表面接触的霜层，加上超疏水表面微纳结构的超疏水作用，霜层得以迅速滑落，有效防止了空调外机霜层的进一步形成。
通过超疏水结构的超疏水特性与红外吸收涂层的辐射升温加热特性的协同作用，实现了空调室外机换热器优异的防结霜效果，提高了空调器使用的舒适性，且方式简单，易于实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (16)
1.一种超疏水红外吸收涂层，其特征在于：包括：
红外吸收涂层(11)，能够吸收红外辐射而被加热；
超疏水结构(12)，设置在所述红外吸收涂层(11)表面上，能够对所述红外吸收涂层(11)进行疏水作用。
2.根据权利要求1所述的超疏水红外吸收涂层，其特征在于：
所述红外吸收涂层(11)包括无机红外吸收成分及有机红外吸收成分。
3.根据权利要求2所述的超疏水红外吸收涂层，其特征在于：
所述无机红外吸收成分包括无机盐、碳化硅、氮化硅、金属氧化物、金属硫化物、纳米金属、纳米石墨、纳米氧化物中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的超疏水红外吸收涂层，其特征在于：
所述金属氧化物包括氧化钨、氧化钛、氧化锌中的至少一种；和/或，所述金属硫化物为硫化铜；和/或，所述纳米金属包括铁、钴、镍中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的超疏水红外吸收涂层，其特征在于：
所述有机红外吸收成分包括有机配合物体系的红外染料。
6.根据权利要求5所述的超疏水红外吸收涂层，其特征在于：
所述有机配合物体系的红外染料包含箐类染料、酞菁染料、金属络合物染料、偶氮染料中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的超疏水红外吸收涂层，其特征在于：
所述箐类染料包括方酸菁、花菁和克酮酸菁染料中的至少一种；和/或，所述酞菁染料为钒酞菁化合物、铜酞菁化合物中的至少一种；和/或，所述金属络合物染料为硫代双烯络合物。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的超疏水红外吸收涂层，其特征在于：
所述超疏水结构(12)为超疏水微纳结构，包括微米级凸出结构(121)和纳米级凸出结构(122)。
9.根据权利要求8所述的超疏水红外吸收涂层，其特征在于：
所述微米级凸出结构(121)设置于所述红外吸收涂层(11)的表面上并向外凸出，所述纳米级凸出结构(122)设置于所述微米级凸出结构(121)上并向外凸出。
10.根据权利要求8所述的超疏水红外吸收涂层，其特征在于：
所述微米级凸出结构(121)为直径为10-100μm的球体结构，所述纳米级凸出结构(122)为直径为10-100nm的球体结构。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的超疏水红外吸收涂层，其特征在于：
所述超疏水结构(12)由光刻法、等离子体处理法、表面氧化法、化学刻蚀法、电化学沉积和电化学反应法、有机溶液浸泡法、模板法、溶胶-凝胶法、微机械加工技术中的任一表面处理方法制备。
12.一种换热器，其特征在于：包括换热表面和权利要求1-11中任一项所述的超疏水红外吸收涂层(1)，所述超疏水红外吸收涂层(1)设置在所述换热表面上。
13.根据权利要求12所述的换热器，其特征在于：
所述换热器为管翅式换热器(2)或微通道换热器(3)；所述管翅式换热器(2)由铜管(21)及翅片(22)组成；所述微通道换热器(3)由集流管(31)、扁管(32)及翅片(22)组成。
14.根据权利要求13所述的换热器，其特征在于：
所述铜管(21)、扁管(32)及翅片(22)的至少一部分上设置有所述的超疏水红外吸收涂层(1)。
15.一种空调室外机，其特征在于：包括权利要求12-14中任一项所述的换热器。
16.根据权利要求15所述的空调室外机，其特征在于：在所述空调室外机内部还设置有红外辐射装置(4)。
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