CN111342169A - 一种车用高压加热系统的复合式疏水型水腔 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种车用高压加热系统的复合式疏水型水腔，所述水腔内表面根据模拟实验的温度不同划分成高温区域、中温区域和低温区域；所述高温区域的水腔内表面设有超疏水型形貌，所述中温区域的水腔内表面设有疏水型形貌，用于使所述水腔内表面的疏水性不相同。所述水腔为蛇形流道。本发明通过三部分不同疏水性的复合式结构能够利用超疏水性和疏水性的不同的疏水减阻的性能达到对整个流道不同部位的不同减阻需要的满足，使得整个流道中液体的流动速率尽量趋于一致，最终实现改善整个流道的热平衡性能的目标。

Description

一种车用高压加热系统的复合式疏水型水腔
技术领域
本发明涉及高压加热技术领域或者电动汽车技术领域，特别涉及一种车用高压加热系统的复合式疏水型水腔。
背景技术
目前，电动汽车由于其在行驶过程中的高效率和低污染物排放而受到了人们的欢迎，因此其发展也非常迅速。但是，电动汽车发展中的某些问题仍有待解决，例如单次电池充电可达到的里程范围有限，并且在极端温度下，尤其是在低温下，电池性能会下降，而向车厢供热将进一步缩短车辆的单次充电里程范围。因此，发展节能加热技术是电动汽车行业的迫切需求，加热系统不仅对驾驶舒适性很重要，而且对驾驶室除霜和除雾的强制性要求。加热电池是增强电池容量的有效方法，同时可改善低温下的充放电性能。正热系数(PTC)加热器和热泵已广泛用于加热电动汽车，然而，PTC加热技术在运行期间会消耗大量的电池能量；在极冷的条件下，热泵的供热能力将大大降低，由于极冷的外部热交换器上会形成非常厚的霜层。高压加热系统(HVH)技术是电动汽车加热的新技术，其最大的优点是，它可以在很大的工作温度范围内保持高功率输出，效率高达90％或更高。但由于高压加热器的水腔长期与加热液体接触以及流道结构复杂，其局部表面会发生穴蚀与电化学腐蚀，同时整体流速不均也会引起热平衡失调的问题，这使得高压加热系统的使用寿命大大降低了。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种车用高压加热系统的复合式疏水型水腔，达到缓解目前高压加热系统存在的穴蚀和电化学腐蚀的问题，减少流动阻力，加快加热速率，改善热平衡性能，减少热能损失的目标。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种车用高压加热系统的复合式疏水型水腔，所述水腔内表面根据模拟实验的温度不同划分成高温区域、中温区域和低温区域；所述高温区域的水腔内表面设有超疏水型形貌，所述中温区域的水腔内表面设有疏水型形貌，用于使所述水腔内表面的疏水性不相同。
进一步，所述水腔为蛇形流道。
进一步，所述疏水型形貌为若干矩阵分布的微凹坑，相邻所述微凹坑的间距在50μm到60μm之间，所述微凹坑的深度在10μm到20μm之间，用于使水滴与中温区域的水腔内表面的接触角大于90°且小于150°。
进一步，所述中温区域的水腔内表面的微凹坑为半球体，所述半球体的直径在50μm到60μm之间。
进一步，所述超疏水型形貌为若干矩阵分布的微凹坑，相邻所述微凹坑的间距小于25μm，所述微凹坑的深度小于5μm，用于使水滴与高温区域的水腔内表面的接触角大于150°。
进一步，所述高温区域的水腔内表面的微凹坑为半球体，所述半球体的直径小于25μm。
进一步，所述微凹坑的形状为半球体或矩形体或者圆台体。
进一步，所述超疏水型形貌和疏水型形貌的面积占水腔内表面的面积大于67％。
进一步，根据模拟实验的温度变化，将温度范围平均划分3等份，温度范围最高的为高温区域，温度范围最低的为低温区域。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的车用高压加热系统的复合式疏水型水腔，通过原机模拟实验的温度将流道分为“高中低”三个温度区域：高温区域布置超疏水型形貌，中温区域布置疏水型形貌，低温区域保持不变，这样可以缓解了流道内穴蚀与电化学腐蚀的问题，同时疏水型结构还能够减小了流动阻力，加快流道内液体的流动速度，从而加快加热速率，并且还能够减少热能损失。
2.本发明所述的车用高压加热系统的复合式疏水型水腔，三部分不同疏水性的复合式结构能够利用超疏水性和疏水性的不同的疏水减阻的性能达到对整个流道不同部位的不同减阻需要的满足，使得整个流道中液体的流动速率尽量趋于一致，最终实现改善整个流道的热平衡性能的目标。
3.本发明所述的车用高压加热系统的复合式疏水型水腔，在疏水性表面会存在一定的空气，当水滴落在高压加热系统的水腔表面时，水滴的大部分面积与空气接触，由于水的表面张力作用，水滴在这种表面上的接触角会大于90°，高压加热系统整体流道表面呈现疏水性，达到缓解目前高压加热系统存在的穴蚀和电化学腐蚀的问题，减少流动阻力，加快加热速率，改善热平衡性能，减少热能损失的目标。
附图说明
图1为本发明所述的车用高压加热系统的复合式疏水型水腔结构图。
图2为本发明所述的模拟实验的温度变化图。
图3为本发明所述的超疏水表面结构的俯视图。
图4为本发明所述的超疏水表面结构的左视图。
图5为本发明所述的超疏水表面结构的三维图。
图6a为水滴与水腔内表面的接触角大于90°且小于150°的示意图。
图6b为水滴与水腔内表面的接触角大于150°的示意图。
图7为本发明所述的微凹坑形状示意图。
图中：
1-高温区域；2-中温区域；3-低温区域。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1和图2所示，本发明所述的车用高压加热系统的复合式疏水型水腔，所述水腔内表面根据模拟实验的温度不同划分成高温区域1、中温区域2和低温区域3；图2为通过模拟实验的水腔内表面温度范围为66-94℃，将温度范围平均划分3等份，低温区域3的范围为66-74℃，中温区域2的范围为74-84℃，高温区域1的范围为84-94℃。所述高温区域1的水腔内表面设有超疏水型形貌，所述中温区域2的水腔内表面设有疏水型形貌，用于使所述水腔内表面的疏水性不相同。所述超疏水型形貌和疏水型形貌的面积占水腔内表面的面积大于67％。
如图3，图4和图5所示，所述超疏水型形貌为若干矩阵分布的微凹坑，相邻两行或列微凹坑对齐布置，相邻所述微凹坑的间距a和b均小于25μm，所述微凹坑为半球体，半球体的直径均小于25μm，所述微凹坑的深度小于5μm，超疏水型形貌使水滴与高温区域1的水腔内表面的接触角大于150°，形成超疏水性表面结构如图6b所示。
所述疏水型形貌为若干矩阵分布的微凹坑，相邻两行或列微凹坑对齐布置，相邻所述微凹坑的间距在50μm到60μm之间，所述微凹坑为半球体，半球体的直径介于50μm到60μm之间，所述微凹坑的深度在10μm到20μm之间，疏水型形貌使水滴与中温区域2的水腔内表面的接触角大于90°且小于150°，形成疏水性表面结构如图6a所示。
如图7所示，所述微凹坑的形状为半球体或矩形体或者圆台体。
本发明提供的高压加热系统的复合式疏水型水腔通过在水腔表面设置不同程度的疏水结构，整体的复合式疏水型水腔结构缓解了流道内穴蚀与电化学腐蚀的问题，同时疏水型结构还能够减小了流动阻力，加快流道内液体的流动速度，从而加快加热速率，并且还能够减少热能损失。三部分不同疏水性的复合式结构能够利用疏水性和超疏水性的不同的疏水减阻的性能达到对整个流道不同部位的不同减阻需要的满足，使得整个流道中液体的流动速率尽量趋于一致，最终实现改善整个流道的热平衡性能的目标。
对于超疏水表面结构的制备，首先采用湿法化学刻蚀的方式，将双氧水-强酸(盐酸或硝酸)以体积比10：1混合后，常温涂覆在水腔表面上并反应5min，之后用去离子水冲洗并氮气吹干，完成表面微纳米涂层的构筑；然后将表面浸入含有5wt.％KH-550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)的乙醇溶液中接枝改性2h后，取出并用酒精清洗、氮气吹干，完成微纳米“面”的制备。之后，采用皮秒激光刻蚀的方式于微纳米“面”上进行不同尺寸的微凹坑形貌刻蚀，之后将其放入含有3wt.％FAS-17(氟硅烷)的乙醇溶液中进行接枝改性2h后取出清洗、吹干。因激光烧蚀而形成的氧化层富含活化羟基，因此，可以与FAS-17进行接枝，从而获得超疏水性的微凹坑表面。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种车用高压加热系统的复合式疏水型水腔，其特征在于，所述水腔内表面根据模拟实验的温度不同划分成高温区域(1)、中温区域(2)和低温区域(3)；所述高温区域(1)的水腔内表面设有超疏水型形貌，所述中温区域(2)的水腔内表面设有疏水型形貌，用于使所述水腔内表面的疏水性不相同。
2.根据权利要求1所述的车用高压加热系统的复合式疏水型水腔，其特征在于，所述水腔为蛇形流道。
3.根据权利要求1所述的车用高压加热系统的复合式疏水型水腔，其特征在于，所述疏水型形貌为若干矩阵分布的微凹坑，相邻所述微凹坑的间距在50μm到60μm之间，所述微凹坑的深度在10μm到20μm之间，用于使水滴与中温区域(2)的水腔内表面的接触角大于90°且小于150°。
4.根据权利要求3所述的车用高压加热系统的复合式疏水型水腔，其特征在于，所述中温区域(2)的水腔内表面的微凹坑为半球体，所述半球体的直径在50μm到60μm之间。
5.根据权利要求1所述的车用高压加热系统的复合式疏水型水腔，其特征在于，所述超疏水型形貌为若干矩阵分布的微凹坑，相邻所述微凹坑的间距小于25μm，所述微凹坑的深度小于5μm，用于使水滴与高温区域(1)的水腔内表面的接触角大于150°。
6.根据权利要求5所述的车用高压加热系统的复合式疏水型水腔，其特征在于，所述高温区域(1)的水腔内表面的微凹坑为半球体，所述半球体的直径小于25μm。
7.根据权利要求3或5所述的车用高压加热系统的复合式疏水型水腔，其特征在于，所述微凹坑的形状为半球体或矩形体或者圆台体。
8.根据权利要求1所述的车用高压加热系统的复合式疏水型水腔，其特征在于，所述超疏水型形貌和疏水型形貌的面积占水腔内表面的面积大于67％。
9.根据权利要求1所述的车用高压加热系统的复合式疏水型水腔，其特征在于，根据模拟实验的温度变化，将温度范围平均划分3等份，温度范围最高的为高温区域(1)，温度范围最低的为低温区域(3)。
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