CN114479656B - 换热器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及涂料材料技术领域，尤其涉及一种有利于延缓结霜的涂料、涂料的制备方法、包含涂料的换热器及其制备方法。本申请的涂料包含疏水性改性二氧化硅溶胶和光热转换材料。光热转换材料在可见光照下，可以有效提高被涂覆物品的表面温度，有利于在有效发挥疏水性改性二氧化硅溶胶的疏水性能的基础上通过提高被涂覆物品的表面温度，进一步提升延缓结霜的效能。

Description

换热器及其制备方法
技术领域
本申请涉及换热技术领域，尤其涉及一种换热器及其制备方法。
背景技术
微通道换热器在一些应用场景下容易结霜导致换热器的换热系数下降，以及翅片间的风道阻塞，使风量降低，这直接影响热泵系统换热器的换热效率以及空气侧压降。
相关技术中换热器的表面多涂覆有疏水涂料，这样换热器的疏水性表面使在结霜初期形成的水珠与壁面接触角增大，接触面积减小，从而水珠冻结的慢，对延缓初始霜晶的形成有一定的作用。但是相关技术中的疏水涂层对延缓结霜的作用仍然存在改进的空间，相应的，换热器易结霜和换热性能下降的问题也还是较为严重，因此，相关技术中的涂层以及换热器存在改进的需求。
发明内容
根据本申请的一个方面，提供一种涂料，所述涂料包括疏水性改性二氧化硅溶胶和光热转换材料。
根据本申请的另一个方面，提供一种涂料的制备方法，所述制备方法包括：
按质量份计，将10～50份的有机硅烷和/或硅氧烷、45～89份的溶剂和1～5份的亲水性二氧化硅混合，在30℃～45℃温度下搅拌反应15～45min，搅拌转速为200～500rpm，得到疏水性改性二氧化硅溶；以及加入0.5～3份的光热转换材料；
将疏水性改性二氧化硅溶胶和光热转换材料混合均匀，得到所述涂料。
本申请的涂料包含疏水性改性二氧化硅溶胶和光热转换材料。光热转换材料在可见光照下，可以有效提高被涂覆物品的表面温度，有利于在有效发挥疏水性改性二氧化硅溶胶的疏水性能的基础上提高被涂覆物品的表面温度，从而有利于使得被涂覆物品的表面既有疏水性能且在可见光下表面温度提高。
根据本申请的另一个方面，还提供一种换热器，所述换热器包括至少一个集流管、多个换热管以及至少一个翅片，所述换热管与所述集流管相固定，所述换热管的内腔与所述集流管的内腔连通；所述翅片位于相邻的两个换热管之间；所述换热器还包括上述所述的涂料或者由上述所述的制备方法制得的涂料，所述涂料设于所述换热管和/或所述翅片的至少部分外表面。
根据本申请的另一个方面，提供一种制备上述换热器的方法，所述制备换热器的方法包括：
将所述涂料涂覆于换热管至少部分表面和/或翅片的至少部分表面，固化，得到所述换热器。
本申请提供的换热器包括前述的涂料或者由前述制备方法制得的涂料，因此，该换热器的换热管至少部分表面和/或翅片的至少部分表面涂覆了对应涂料后，光热转换材料在可见光照下，可以有效提高换热器的表面温度，有利于在有效发挥疏水性改性二氧化硅溶胶的疏水性能的基础上通过提高换热器的表面温度，进而在换热器运用于空调系统中作为蒸发器时有利于延缓结霜。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
图1为本申请示例性的一种实施方式提供的换热器的结构示意图；
图2为本申请的部分实施例与对比例2的表面温度测试图。
附图标记：
100-换热器；10-集流管；11-涂层；12-换热管；13-翅片。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请提供的技术方案及所给出的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值或单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围。
需要说明的是，本文中使用的术语“和/或”或者“/”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
在一种具体实施例中，下面通过具体的实施例对本申请做进一步地详细描述。
相关技术中，微通道换热器是20世纪90年代发展起来的高效换热设备，可广泛应用于化工、能源与环境等领域。由于微通道换热器具有许多与常规尺度设备不同的特征，如体积小、重量轻、效率高、强度大等。微通道技术同时触发了新能源汽车热管理系统、家用空调、商业空调及冷冻设备等领域提高效率、降低排放的技术革新。
相关技术中，全铝微通道换热器的应用在逐步扩大的同时，推广进度相对缓慢。其中一个主要技术瓶颈是：其若干换热管多采用特殊扁管平行结构，并且搭配翅片强化换热的换热器结构使得换热管和翅片表面的冷凝水排除困难，易结霜、不易化霜，导致其在作为热泵系统运行时的结霜现象更为明显。因此，如何使现有的热管理系统(如低温热泵空调换热系统)具有一定的延缓结霜功能，开发新型延缓结霜的涂料以提高换热效率成为行业急需解决的问题。
基于此，本申请实施例的技术方案提供了一种能够有效延缓结霜的涂料、涂料的制备方法、包含该涂料的换热器及其制备方法，可以改善相关技术中涂料的疏水性能，利用光热转换材料进一步延缓换热器的结霜行为，提高换热效率。具体技术方案的描述参见下文。
本申请提供的涂料，包括疏水性改性二氧化硅溶胶和光热转换材料，在一些实施方式中，还包括分散剂。
该疏水性改性二氧化硅溶胶包括如下质量份的原料：
有机硅烷和/或硅氧烷10～50份、溶剂45～89份、亲水性二氧化硅1～5份。
该疏水性改性二氧化硅溶胶主要由合适且适量的有机硅烷和/或硅氧烷、溶剂和亲水性二氧化硅制备而成，其中的有机硅烷和/或硅氧烷为疏水性材料，不仅能发挥其自身的耐高低温、耐氧化稳定性、耐候性、表面张力低等基本性能，利用该有机硅烷和/或硅氧烷的优异的疏水性，在适宜的溶剂存在下，能够对亲水性二氧化硅进行改性，以使其具有一定的疏水性。而且，本申请实施例中的疏水性改性二氧化硅溶胶，综合考虑各原料对疏水性改性二氧化硅溶胶综合性能指标例如疏水性、相容性、整个体系的协同性等的贡献而确定的，通过上述特定含量的有机硅烷和/或硅氧烷、溶剂和亲水性二氧化硅的协同配合作用，均衡了各种性能，进而得到性能优异的疏水性改性二氧化硅溶胶，尤其是使得该疏水性改性二氧化硅溶胶具有较佳的疏水性。
该涂料包括了上述的疏水性改性二氧化硅溶胶，因而具有较佳的疏水性。将该涂料应用于换热器中时，可使得至少部分的换热器表面呈现出疏水性来延缓结霜。该疏水性表面能够使得换热器在结霜初期形成的水珠与壁面接触角增大，接触面积减小，从而水珠冻结的慢，延缓了初始霜晶的形成。
根据本申请实施例的疏水性改性二氧化硅溶胶，其制备原料可以包括有机硅烷，或者可以包括硅氧烷，或者可以同时包括有机硅烷和硅氧烷。若该疏水性改性二氧化硅溶胶同时使用有机硅烷和硅氧烷时，对有机硅烷和硅氧烷的配比没有限制，其总用量在本申请所限定的用量范围如10～50质量份即可。有机硅烷和/或硅氧烷的质量份数为10～50份，典型但非限制性的例如可以为10份、15份、20份、25份、30份、35份、40份、45份、50份以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。
根据本申请实施例的疏水性改性二氧化硅溶胶，其制备原料包括溶剂，溶剂的质量份数为45～89份，典型但非限制性的例如可以为45份、50份、58份、60份、65份、70份、75份、80份、82份、89份以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。
根据本申请实施例的疏水性改性二氧化硅溶胶，其制备原料包括亲水性二氧化硅，亲水性二氧化硅的质量份数为1～5份，典型但非限制性的例如可以为1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。
根据本发明实施例，疏水性改性二氧化硅溶胶通过调节各原料的种类及配比，与其他原料协同作用，通过使各原料在上述范围内，能使制得的疏水性改性二氧化硅溶胶具有良好的疏水性，且性能稳定。
本文中，除非另有说明，否则所涉及的百分数、比例或份数按照质量计。其中，“质量份”指多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，例如1份可以表示为1g，可以表示1.68g，也可以表示为5g等。
进一步，为了进一步优化疏水性改性二氧化硅溶胶中各组分的用量，提升组分的协同配合作用，在一些实施例中，所述疏水性改性二氧化硅溶胶包括如下质量份的原料：有机硅烷和/或硅氧烷20～40份、溶剂50～80份、亲水性二氧化硅1～3份。
通过合理调整和优化疏水性改性二氧化硅溶胶中各组分的用量，充分发挥各组分之间的协同配合作用，进一步提高材料的疏水性能等性能，同时有利于降低疏水性改性二氧化硅溶胶的生产成本，利于提高涂料的经济效益。
在满足疏水性改性二氧化硅溶胶的疏水性能或满足涂料的减缓结霜等需求的情况下，疏水性材料有机硅烷的具体类型是可以多种多样的。具体地，在一些实施例中，有机硅烷包括六甲基二硅胺烷(也称六甲基二硅氮烷，简称HMDS)即(CH3)3Si-NH-Si(CH3)3、甲基三乙氧基硅烷(简称MTES)、二甲基二乙氧基硅烷(简称DDS)、三甲基氯硅烷(简称TMCS)、二甲基二氯硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(简称KH-560)中的至少一种。示例性的，有机硅烷可以为HMDS，可以为MTES，可以为DDS，可以为TMCS，可以为二甲基二氯硅烷，可以为KH-560，也可以为上述有机硅烷中的任意两种或两种以上的任意比例组成的混合物。
此外，在其他实施例中，有机硅烷并不限于上述列举的几种，在满足疏水性改性二氧化硅溶胶的疏水性能或满足涂料的减缓结霜等需求的情况下，有机硅烷还可以采用其他的类型，例如一甲基三氯硅烷等其他类似的氯硅烷，在此不再一一详细描述。
采用HMDS、MTES、DDS、TMCS等类型的有机硅烷，更有助于改善二氧化硅的疏水性，制备得到疏水性能较佳的疏水性改性二氧化硅溶胶。
在满足疏水性改性二氧化硅溶胶的疏水性能或满足涂料的减缓结霜等需求的情况下，溶剂、亲水性二氧化硅的具体类型是可以多种多样的。具体地，在一些实施例中，溶剂包括醇类溶剂。
进一步，醇类溶剂包括碳原子数1～10的醇类溶剂，优选为碳原子数1～8的醇类溶剂，更优选为碳原子数1～4的醇类溶剂。
进一步，在一些实施例中，溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇中的任意一种或任意两种及以上的任意比例组成的混合物。
采用甲醇、乙醇、异丙醇等类型的醇类溶剂，有助于有机硅烷和/或硅氧烷对亲水性二氧化硅的改性，且来源广泛，容易获得，成本较低。
具体地，在一些实施例中，亲水性二氧化硅包括气相二氧化硅颗粒或分散性二氧化硅溶胶中的至少一种。
本申请的涂料还包括光热转换材料。一些实施方式中，该光热转换材料在经热处理之后呈纳米级粒子结构，这样有利于更好的对换热器的表面进行涂覆。
也就是说，该涂料包括疏水性改性二氧化硅溶胶和光转换材料，其中，光转化材料能够吸收光，将光能转变为热能，可使光热转换材料升温。这样，一方面，该涂料利用疏水性改性二氧化硅溶胶的疏水性能，增加了疏水性，改善了表面的排水排霜性能，能促进在受限空间内的冷凝水排放，延缓了结霜时间。另一方面，该涂料利用光转换材料能将光转变为热能的性质，在可见光照射下，可有效提高换热器表面温度，减缓表面结霜时间。
从而，该涂料通过上述疏水性改性二氧化硅溶胶和光转换材料协同配合，可以形成表面能低的、不易凝结或结霜的涂层，在可见光照射下，可有效提高换热器表面温度，减缓表面结霜时间，还能促进在受限空间内的冷凝水排放，有效发挥超疏水表面的冷凝水排除及延缓结霜的效能。
在满足涂料的减缓结霜等需求的情况下，光热转换材料的具体类型是可以多种多样的。具体地，在一些实施例中，光热转换材料包括纳米氧化铜、尖晶石类材料、纳米碳素材料、共轭聚合物、黑磷和贵金属纳米材料中的至少一种。示例性的，光热转换材料可以为纳米氧化铜，可以为尖晶石类材料，可以为纳米碳素材料，可以为共轭聚合物，可以为黑磷，可以为贵金属纳米材料，也可以为上述光热转换材料中的任意两种或两种以上的任意比例组成的混合物。
其中，纳米碳素材料包括，但不限于，石墨、碳纳米管、石墨烯、还原性石墨烯类的碳纳米材料，这类材料中的碳原子形成一个巨大的共轭体系，因此，这类材料对光具有很强的吸收，表现出较强的光热转换能力。
其中，贵金属纳米材料包括，但不限于，纳米金、纳米钯、纳米铂类的无机纳米材料。
其中，共轭聚合物包括，但不限于，聚苯胺、吲哚基共轭聚合物。
此外，在其他实施例中，光热转换材料并不限于上述列举的几种，在满足涂料的减缓结霜等需求的情况下，光热转换材料还可以采用其他的类型，例如过渡金属碳化物等具有光热转换性能的材料，在此不再一一详细描述。
为了便于该涂料的制备，提高体系的相容性或分散均匀性，该涂料还可以包括分散剂，具体地，分散剂可以包括高分子型分散剂、阴离子型润湿分散剂、阳离子型润湿分散剂、非离子型润湿分散剂、两性型润湿分散剂、电中性型润湿分散剂中的至少一种。其中，高分子型分散剂最为常用，稳定性也最佳。高分子型分散剂也分为多己内多酯多元醇-多乙烯亚胺嵌段共聚物型分散剂、丙烯酸酯高分子型分散剂、聚氨酯或聚酯型高分子分散剂等，由于它们的锚定基团一头与树脂缠绕吸附，另一头又与颜料粒子包附，因此贮存稳定性是比较好的。
分散剂也可以选择阴离子型润湿分散剂，阴离子型润湿分散剂大部分是由非极性带负电荷的亲油的碳氢链部分和极性的亲水的基团构成。2种基团分别处在分子的两端，形成不对称的亲水亲油分子结构。阴离子型润湿分散剂例如可为：油酸钠(C17H33COONa)、羧酸盐、硫酸酯盐(R-O-SO3Na)、磺酸盐(R-SO3Na)等。阴离子分散剂相容性好，被广泛应用于水性涂料及油墨中。此外，也可选用多元羧酸聚合物，并作为受控絮凝型分散剂。
分散剂也可以选择阳离子型润湿分散剂，阳离子型润湿分散剂是非极性基带正电荷的化合物，主要有胺盐、季胺盐、吡啶鎓盐等。阳离子表面活性剂吸附力强，对炭黑、各种氧化铁、有机颜料类分散效果较好，但要注意其与基料中羧基起化学反应，还要注意不要与阴离子分散剂同时使用。
分散剂也可以选择非离子型润湿分散剂，非离子型润湿分散剂在水中不电离、不带电荷，在颜料表面吸附比较弱，主要在水系涂料中使用。主要分为乙二醇性和多元醇型，降低表面张力和提高润湿性。非离子型润湿分散剂可以与阴离子型分散剂配合使用。
分散剂也可以选择为两性型润湿分散剂，其是由阴离子和阳离子所组成的化合物，例如可采用磷酸酯盐型的高分子聚合物。分散剂也可以选择为电中性型润湿分散剂，其分子中阴离子和阳离子有机基团的大小基本相等，整个分子呈现中性，但却具有极性，例如可采用油氨基油酸酯(C18H35NH3OOCC17H33)等。
在一些实施方式中，考虑到换热器的换热性能会基于表面温度的提升而受到影响，因此，按质量份，所述疏水性改性二氧化硅溶胶和所述光热转换材料为92～98.5份，所述光热转换材料为0.5～3份。在此范围内，能够使得换热器的表面温度提高到理想范围，即不会提升的过高也不会提升不明显，在保证一定的延缓结霜性能的前提下兼顾了换热器的换热性能
进一步，本申请实施方式中的涂料中各组分的质量份限定为疏水性改性二氧化硅溶胶为92～98.5份、光热转换材料为0.5～3份、分散剂为1～5份。在这种限定质量份的范围内，各组分之间的协同配合性能较好，能够使得换热器的表面温度不会提升的过高，在保证一定的延缓结霜性能的前提下兼顾了换热器的换热性能。当然，在其他的实施方式中，涂料中疏水性改性二氧化硅溶胶、光热转换材料为以及分散剂的质量份也可以是其他的范围值，在实际中，可以基于被涂覆的产品的性能需求进行上述不同组分的质量份的配比，本申请对此不作过多限制。
本申请的一些实施例提供一种涂料的制备方法，其中，涂料具体可以为上述实施方式中所描述的涂料，所述制备方法包括：
(a)按质量份计，将10～50份的有机硅烷和/或硅氧烷、45～89份的溶剂和1～5份的亲水性二氧化硅混合，在30℃～45℃温度下搅拌反应15～45min，搅拌转速为200～500rpm，得到疏水性改性二氧化硅溶胶；
(b)按质量份计，向步骤(a)得到的疏水性改性二氧化硅溶胶中加入0.5～3份的光热转换材料混合均匀，得到所述涂料。
也就是说，在制备涂料时，可以先得到疏水性改性二氧化硅溶胶，然后再向该溶胶中加入光热转换材料进行混合。当然，本申请的其他实施方式中，也可以先加入光热转换材料，然后在向光热转换材料中加入疏水性改性二氧化硅溶胶进行混合，本申请对制备涂料过程中疏水性改性二氧化硅溶胶和光热转换材料加入的先后顺序不作过多限制。
在一些实施方式中，步骤(b)混合均匀得到所述涂料之前还包括，按质量份计，向步骤(a)得到的疏水性改性二氧化硅溶胶中加入1～5份的分散剂。即此时步骤(b)具体为，按质量份计，向步骤(a)得到的疏水性改性二氧化硅溶胶中加入0.5～3份的光热转换材料以及1～5份的分散剂混合均匀，得到所述涂料。
一些实施方式中，分散剂与光热转换材料可以同时加入疏水性改性二氧化硅溶胶，也可以先加入光热转换材料进行混合，混合均匀后再加入分散剂，或者先加入分散剂进行混合，混合均匀后再加入光热转换材料。
该涂料的制备过程简单、易于控制、可行性高，且对环境污染少，适合工业化规模生产。
通过该制备方法得到的涂料，兼具了疏水表面的延缓结霜特性，具有较佳的疏水性能，可促进改善涂层在受限空间内的冷凝水排放，且在可见光照下，能有效提高换热器表面温度，减缓结霜时间，有效发挥超疏水表面的冷凝水排除以及延缓结霜的效能。
应理解，该涂料的制备方法与前述涂料是基于同一发明构思的，关于涂料的原料组成及配比等相关特征，可参照前述涂料部分的描述，在此不再赘述。
进一步，在一些实施例中，步骤(a)中，在35℃～40℃水浴条件下机械搅拌反应25～35min，搅拌转速为250～300rpm。示例性的，搅拌反应的温度例如为30℃、32℃、35℃、36℃、38℃、40℃、45℃等，搅拌反应的时间例如为15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min等，搅拌转速例如为200rpm、250rpm、300rpm、400rpm、500rpm等。
为了使涂层升高的温度不易过高，需要控制光热转换材料的添加量。一般，涂层升温不宜超过2℃，若涂层升温超过2℃，会使得换热器的换热效率降低。在一些实施例中，步骤(b)中，所加入的光热转换材料的质量份为0.5～3份，一些实施例为0.5～2.5份，进一步其他实施例可以为1～2份；典型但非限制性的例如可以为0.5份、1份、1.5份、2份、2.5份、3份以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。所加入的分散剂的质量份为1～5份，一些实施例可以为2～4份，进一步如为3份；典型但非限制性的例如可以为1份、2份、3份、4份、5份以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。
经试验验证表明，在上述条件下制备得到的涂料，能够有效控制所制得的涂层的升温不超过2℃，保证了换热性能。
根据实际情况，在实际应用中，经由步骤(b)得到的涂料可以进一步进行稀释，以满足不同的使用需求。具体地，在一些实施例中，所述制备方法还包括：
(c)将所述步骤(b)得到的涂料用溶剂进行稀释。
步骤(b)得到的涂料可以被称之为涂料原液，考虑到经济性能，可以将涂料原液进行一定的稀释。在对换热器进行涂覆时，将稀释后的涂料涂覆在换热器的至少部分表面。当然，步骤(c)也可以作为制备换热器的预处理步骤，即本申请实施方式中的涂料的制备方法包括步骤(a)和步骤(b)，但不包括步骤(c)，本申请后续的制备换热器相关实施方式会进行详细阐述。
本申请实施例提供一种换热器。具体地，该换热器表面的至少一部分设有涂层；其中，所述涂层的组分中包括上述的涂料或由上述的制备方法制得的涂料。上述涂料覆设于换热器的换热管和/或翅片的至少部分外表面。
示例性的，如图1所示，该换热器100的主要结构，包括至少一个集流管10、多个换热管12以及至少一个翅片13，换热管12与集流管10相固定，换热管12的内腔与集流管10的内腔连通，翅片13位于相邻的两个换热管12之间。换热器100为微通道换热器。微通道换热器包括换热管12和翅片13，换热管12和/或翅片13的表面的至少一部分上具有由上述的涂料涂覆所形成的涂层11。图1中参考最左侧换热管12表面的阴影部分对涂层11进行示意。当然在其他实施方式中，其他换热管12、翅片13以及集流管10的表面均可以涂覆涂料形成涂层11。
图1中集流管10的数量为两个，换热管12连接于该两个集流管10之间，换热管12的宽度大于换热管12的厚度，换热管12的内部具有沿换热管12长度方向延伸的多个换热通道。从而换热管12可以为微通道扁管或者椭圆管。
多个换热管12沿集流管10的轴向方向排列，翅片13沿换热管12的长度方向呈波形，翅片13的波峰部和波谷部分别与相邻的两个换热管相连接。在一些实施方式中，翅片13的部分区域可以设置窗口结构，进一步强化换热。
在一些实施例中，该微通道换热器为全铝的微通道换热器。微通道换热器的结构和各个部件的连接关系为本领域的常规知识，在此就不再赘述。
在一些实施方式中，涂层11的平均厚度可以大于等于0.075mm。
鉴于微通道换热器的结构特征，翅片表面温度是影响换热器结霜最主要的因素。通常，翅片表面温度低且分布不均匀会造成霜层的分布不均匀，恶化换热器传热，造成结霜加快。兼之微通道换热器大多采用百叶窗翅片，翅片间距非常小，翅片温度低会造成超疏水表面冷凝水珠之间“搭桥”现象。冷凝水被积存在翅片尖角处难以排除，再次结霜时，冷凝水结冰，造成第二结霜周期后的结霜加重现象。因此，该微通道换热器中，翅片的表面的至少一部分上具有由上述的涂料涂覆所形成的涂层。
根据本发明实施例，利用光热转换材料结合疏水性改性二氧化硅溶胶制得的涂料对微通道换热器进行表面处理，在可见光照下，有效提高翅片表面温度，减缓结霜时间，有效发挥超疏水表面的冷凝水排除以及延缓结霜的效能。此外，翅片表面温度不宜升温过高，比如升温在2℃以上时，会影响换热器的换热效率。
本申请实施例还提供一种制备如上所述的换热器的方法，包括以下步骤：
将涂料涂覆于换热管的至少部分表面和/或翅片的至少部分表面，固化，得到所述换热器。
进一步，包含本申请提供的涂料的换热器在制备过程中，先对换热管和/或翅片表面进行预处理，而后再将涂料涂覆于经过预处理后的换热管和/或翅片表面，经过固化后，得到所述的换热器。
具体地，在一些实施例中，对换热器的换热管和/或翅片表面进行预处理，换热器的预处理步骤具体包括：将换热器的换热管和/或翅片表面进行100～200目的喷砂处理，再用醇或酸进行清洗换热管和/或翅片表面，而后在35℃～50℃下烘干。
进一步，预处理过程中，一些实施例中喷砂目数为120～180目，如喷砂目数为150目。烘干的温度为35℃～50℃，进一步一些实施例中为38℃～45℃，如为40℃。所采用的清洗方式例如可以采用无水乙醇超声清洗，或者采用酸蚀清洗。
在一些实施方式中，制备上述换热器的方法还包括在涂覆涂料前对涂料预处理的步骤，涂料的预处理的步骤包括：将涂料用溶剂进行稀释的步骤。具体地，溶剂可以选择去离子水或者醇类溶剂，例如可以将涂料用去离子水按体积进行稀释，稀释的比例范围可为1％～100％，综合考虑成本和性能，稀释的比例范围优选为30％～50％。
本申请的一些实施例中，涂料涂覆换热器的方式包括但不限于浸涂、喷涂、刷涂、淋涂或辊涂中的至少一种。考虑到实施的便捷性，可以利用喷涂或浸涂的方式，将本申请实施例提供的涂料涂覆于预处理后的换热管和/或翅片表面。其中，浸涂的时间为2～5min，进一步可选为2～3min；浸涂的次数为2～5次，进一步可选为2～3次。
在一些实施例中，将涂料涂覆于经过预处理后的换热管和/或翅片表面之后，进行固化，固化的温度为120℃～150℃，进一步可选为135℃～145℃，进一步可选为140℃；固化的时间为0.5h～2h，进一步可选为0.8h～1.5h，进一步可选为1h。
该换热器通过采用本申请提供的涂料，以及经过对上述换热器的制备条件的进一步调整及优化，能够制备得到具有超疏水的延缓结霜涂层的换热器，经测试，该延缓结霜涂层的接触角＞150°，具有良好的疏水性能，可以延缓换热器的结霜行为。
在本申请提供的其他实施方式中，本申请的涂料还可以应用在非换热器的产品上，例如热泵热水器，当本申请实施方式中的涂料涂覆于热水器的表面时，光热转换材料也可以给热水器进行保温或者升温，从而一定程度上节省能源等。当然其他产品对疏水性能和/或表面温度提升有需求的产品都可以应用本申请实施方式所提供的涂料。
为充分说明本申请提供的涂料的能延缓结霜时间的性能，便于理解本发明，本申请进行了多组实验验证。下面结合具体实施例、对比例，对本发明作进一步说明。本领域的技术人员将理解，本申请中描述的仅是部分实例，其他任何合适的具体实例均在本申请的范围内。
实施例1
1、涂料的制备
(a)按质量份计，将28份的六甲基二硅胺烷(HMDS)、71份的乙醇和1份的亲水性二氧化硅混合，在35℃水浴下机械搅拌反应30min，搅拌转速为250rpm，得到疏水性改性二氧化硅溶胶。
经测试，该疏水性改性二氧化硅溶胶的pH值为11.5。
步骤(a)涉及的反应方程式如下所示：
(b)按质量份计，向步骤(a)得到的疏水性改性二氧化硅溶胶中加入0.5份的光热转换材料纳米氧化铜和3份的分散剂，机械搅拌至混合均匀，得到涂料。
2、换热器的制备
(c)对换热器的换热管和/或翅片表面进行预处理，具体包括：将换热器的换热管和/或翅片表面进行150目的喷砂处理，再用无水乙醇清洗换热器的换热管和/或翅片表面，而后在40℃下烘干。
(d)将上述步骤(b)得到的涂料浸涂或喷涂于步骤(c)的换热管和/或翅片表面，在140℃下经过固化1h后，得到具有涂层的换热器。
经测试，具有该涂层的换热器其表面的接触角＞150°。
涂覆有涂料的换热器表面疏水原理如下所示，羟基(-OH)为亲水基团，其与换热器铝材基底的羟基(-OH)脱水缩合，而甲基(-CH3)为疏水基团，从而使得涂覆有涂料的换热器表面具有较强的疏水性。
实施例2-6
以与实施例1相同的方式制备涂料和换热器，不同之处在于光热转换材料的用量、类型。
实施例2与实施例1的不同之处在于：加入1.0份的光热转换材料纳米氧化铜。
实施例3与实施例1的不同之处在于：加入2.0份的光热转换材料纳米氧化铜。
实施例4与实施例1的不同之处在于：加入1.0份的光热转换材料尖晶石类材料。
实施例5与实施例1的不同之处在于：加入0.5份的光热转换材料尖晶石类材料。
实施例6与实施例1的不同之处在于：加入1.0份的光热转换材料纳米碳素材料。
实施例7-10
以与实施例1相同的方式制备涂料和换热器，不同之处在于有机硅烷的用量、类型。
实施例7与实施例1的不同之处在于：加入10份的六甲基二硅胺烷(HMDS)。
实施例8与实施例1的不同之处在于：加入50份的六甲基二硅胺烷(HMDS)。
实施例9与实施例1的不同之处在于：加入28份的甲基三乙氧基硅烷(MTES)。
实施例10与实施例1的不同之处在于：加入28份的三甲基氯硅烷(TMCS)。
实施例11-13
以与实施例1相同的方式制备涂料和换热器，不同之处在于溶剂、亲水性二氧化硅的用量、类型。
实施例11与实施例1的不同之处在于：加入50份的乙醇。
实施例12与实施例1的不同之处在于：加入85份的异丙醇。
实施例13与实施例1的不同之处在于：加入5份的亲水性二氧化硅。
实施例14
与实施例一不同之处在于涂料的制备。
实施例14中的涂料的制备包括：
(a)按质量份计，将28份的六甲基二硅胺烷(HMDS)、71份的乙醇和1份的亲水性二氧化硅混合，在35℃水浴下机械搅拌反应30min，搅拌转速为250rpm，得到疏水性改性二氧化硅溶胶。
(b)按质量份计，向步骤(a)得到的疏水性改性二氧化硅溶胶中加入3份的光热转换材料，机械搅拌至混合均匀，得到涂料。
在实施例14中得到的涂料由于未加入分散剂，相对于实施例1至实施例13而言，光热转换材料与疏水性改性二氧化硅溶胶的混合性相对较差，光热转换材料易沉淀，因此在制备换热器时，实施例1可以选择将换热器以浸涂或者喷涂的方式进行涂料的涂覆，而实施例14在制备换热器时，可以将换热器以喷涂的方式进行涂料的涂覆。
实施例15
以与实施例14相同的方式制备换热器，不同之处在于涂料的制备。
实施例15中的涂料的制备包括：
(a)按质量份计，将35份的二甲基二乙氧基硅烷(DDS)、80份的乙醇和1.5份的亲水性二氧化硅混合，在40℃水浴下机械搅拌反应25min，搅拌转速为300rpm，得到疏水性改性二氧化硅溶胶。
(b)按质量份计，向步骤(a)得到的疏水性改性二氧化硅溶胶中加入2.5份的光热转换材料，机械搅拌至混合均匀，得到涂料。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，对比例1中的换热器中未含有涂料。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，对比例2中的换热器中未含有光热转换材料，即涂料的制备过程中未加入光热转换材料。
性能测试
分别对上述各实施例和对比例的涂料及换热器进行性能测试，测试结果如下表1和表2所示。
测试方法如下：
1.接触角测试方法：
接触角是指在一固体水平平面上滴一滴液滴，固体表面上的固-液-气三相交界点处，其气-液界面和固-液界面两切线把液相夹在其中时所成的角。所用测试仪器为接触角测量仪，其采用光学成像原理，采用图像轮廓分析方式测量样品接触角。
测试时，打开接触角测量仪和与之相连的电脑，打开测试软件。
把试样放在水平工作台上，利用微量进样器调整液滴的量，体积一般为2μL左右，液滴在针头形成液滴，旋转旋钮使工作台上移，让试样表面与液滴接触，再下移工作台，试样上即可留下液滴。
通过测试软件进行测试和数据分析，得到这一区域的接触角。每一实施例和对比例的试样取5个不同的点进行测试后取平均值，记为该实施例和对比例试样的接触角。
2.表面温度测试方法：
表面温度测试所用仪器为非接触式红外测温仪。通过测量目标所辐射的红外能量确定表面温度。
将各实施例和对比例的试样放置在固定的位置，并置于相同的光线情况下，如晴天的中午至傍晚太阳光连续直射下，或者晴天中午至傍晚楼道弱光连续照射下(自然光下，无灯光照射)。
具体的，将各实施例和对比例的试样放置在测试光照环境下，每隔1h用非接触式红外测温仪测试一次试样表面。温度测试方法：将测温仪对准目标，距离约为10cm，保持扳机按下不动10秒，读出测温仪所示温度即可。
将设有涂层的换热器的表面温度与未设有涂层的换热器(或未设有涂层的裸铝合金片)表面温度相减，得到温度差△T。
表1
表2
项目 接触角
对照1 ＜100°
其中，实例1-15表示实施例1-15，对照1表示对比例1，对照2表示对比例2。“-”表示未测试。表1中是将各实施例和对比例的试样放置在木架上，置于2020年8月晴天上午9:00至傍晚5:00楼道弱光连续照射下(自然光下，无灯光照射)的条件下测试得到的结果。
由表1的数据可知，本申请实施例提供的换热器的涂层的接触角均大于150°，增加了疏水性，疏水性能优异，能促进在受限空间内的冷凝水排放，而且在可见光照射下，可有效提高换热器表面温度，减缓表面结霜时间，并且换热器表面提高的温度一般不超过2℃，保证了换热器的换热性能。由表2的数据可知，在换热器的表面未涂覆有涂层时，其测试的接触角小于100°，水珠与换热器壁面接触角较小，相应的接触面积就比较大，从而水珠冻结的较快，会造成快速结霜。
此外，图2示出了本申请部分实施例与对比例2的表面温度测试图。图2中，以测试时间为横坐标，以将设有涂层的换热器的表面温度与未设有涂层的裸铝合金片表面温度相减，得到的温度差△T为纵坐标。从图2中也可以看出，本申请实施例提供的换热器的涂层在可见光照射下，可有效提高换热器表面温度，减缓表面结霜时间。并且相比对比例2，添加了光热转换材料的涂料其各个时间段的温升明显高于未添加光热转换材料的涂料。从侧面一定程度上验证了光热转换材料能够有效提升换热器的表面温度，并且在本申请提供的涂料配方中，换热器表面的温升不至于过高，基本上不会超过2℃，这对延缓结霜有较好的效果且不会对换热器的换热性能造成较大影响。即同时兼顾延缓结霜和保证换热性能。
在本申请的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。本申请实施例所描述的“上”、“下”、“内”、“外”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种换热器，其特征在于，所述换热器包括至少一个集流管、多个换热管以及至少一个翅片，所述换热管与所述集流管相固定，所述换热管的内腔与所述集流管的内腔连通；所述翅片位于相邻的两个换热管之间；
所述换热器还包括涂料；所述涂料覆设于所述换热管和/或所述翅片的至少部分外表面；
所述涂料包括疏水性改性二氧化硅溶胶和光热转换材料；按质量份，所述疏水性改性二氧化硅溶胶为92～98.5份，所述光热转换材料为0.5～3份。
2.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述涂料还包括1～5份分散剂；
所述分散剂包括高分子型分散剂、阴离子型润湿分散剂、阳离子型润湿分散剂、非离子型润湿分散剂、两性型润湿分散剂和电中性型润湿分散剂中的至少一种。
3.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述光热转换材料包括纳米氧化铜、尖晶石类材料、纳米碳素材料、共轭聚合物、黑磷和贵金属纳米材料中的至少一种。
4.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述涂料的制备方法包括：
按质量份计，将10～50份的有机硅烷和/或硅氧烷、45～89份的溶剂和1～5份的亲水性二氧化硅混合，在30℃～45℃温度下搅拌反应15～45min，搅拌转速为200～500rpm，得到疏水性改性二氧化硅溶胶；以及加入0.5～3份的光热转换材料；
将疏水性改性二氧化硅溶胶和光热转换材料混合均匀，得到所述涂料。
5.根据权利要求4所述的换热器，其特征在于，在混合均匀得到所述涂料之前还包括，按质量份计，加入1～5份的分散剂；
所述有机硅烷包括六甲基二硅胺烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；
所述溶剂包括醇类溶剂；
所述亲水性二氧化硅包括气相二氧化硅颗粒或分散性二氧化硅溶胶中的至少一种。
6.一种换热器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将涂料涂覆于换热管至少部分表面和/或翅片的至少部分表面，固化，得到所述换热器；
其中，所述涂料包括疏水性改性二氧化硅溶胶和光热转换材料；按质量份，所述疏水性改性二氧化硅溶胶为92～98.5份，所述光热转换材料为0.5～3份。
7.根据权利要求6所述的换热器的制备方法，其特征在于，所述涂覆的方式包括浸涂、喷涂、刷涂、淋涂或辊涂中的至少一种；
和/或，所述制备方法还包括在涂覆涂料前对所述换热器预处理的步骤，所述换热器的预处理的步骤包括：将所述换热器的换热管和/或翅片表面进行100～200目的喷砂处理，再用醇或酸进行清洗，在35℃～50℃下烘干。
8.根据权利要求7所述的换热器的制备方法，其特征在于，所述方法还包括在涂覆涂料前对所述涂料预处理的步骤，所述涂料的预处理的步骤包括：将所述涂料用溶剂进行稀释的步骤；和/或，所述固化的温度为120℃～150℃，时间为0.5h～2h。
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