CN216523356U - 一种翅片换热器以及换热设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种翅片换热器以及换热设备，涉及换热技术领域。其中，翅片换热器的结构中表面为磁响应超疏水表面，该磁响应超疏水表面上存在阵列分布的微柱，且该微柱在磁场作用下状态为刚性状态，在无磁场作用下状态为柔性状态，柔性状态下微柱在液滴载荷下坍塌，使液滴落入微柱阵列，疏水性差、黏附性好；刚性状态下微柱支撑液滴悬空，疏水性好，粘附性差，使得磁响应超疏水表面的黏附性、润湿性、疏水性等能够响应磁场作用的变化，因此，翅片换热器可以在磁场作用的改变下，主动改变微柱状态调整疏水性，以主动延缓结霜，避免结冰、结霜，有效控制翅片换热器水含量分布，避免频繁停机除霜，提升换热设备的性能，减少能源浪费。

Description

一种翅片换热器以及换热设备

技术领域

本实用新型涉及换热技术领域，特别是涉及一种翅片换热器以及换热设备。

背景技术

翅片换热器是用于管式换热设备的常见结构，在动力、化工、石油化工、空调工程和制冷工程中得到了广泛的应用。翅片换热器在应用中由于结霜问题易于形成霜层，结霜会增加换热器的传热热阻，使蒸发温度和压缩机吸气压力下降，而且霜层的积聚也会降低换热器的传热效率，增加热泵运行能耗，其中，空调系统中霜层的积聚会使换热器的传热效率降低50％～75％。同时，霜层的持续增长还会减小换热器内空气流通面积，导致热泵工作状况进一步恶化，严重时甚至会烧毁压缩机并影响设备安全运行。

目前，采用在翅片换热器上制备疏水表面，疏水表面上液滴与表面的接触角较大，核位垒较高，在超疏水表面中可以实现液滴与表面之间以悬浮的Cassie状态存在，有效降低液滴与表面的接触面积，从而减慢液滴在表面的冻结时间，从而起到抑霜的效果。

但是，上述疏水表面主动延缓结霜性能较弱，难以有效控制翅片换热器的水含量分布，使得霜层越积越厚，只能在结霜后通过频繁停机切换四通阀进行除霜，影响换热设备的正常运行，造成能源浪费。

实用新型内容

本实用新型提供一种翅片换热器以及换热设备，旨在提升疏水表面主动延缓结霜的性能，有效控制翅片换热器水含量分布，避免频繁停机除霜，提升换热设备的性能，减少能源浪费。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种翅片换热器，该翅片换热器包括磁响应超疏水表面；

所述磁响应超疏水表面包括阵列分布的微柱，所述微柱在磁场作用下处于刚性状态，在无磁场作用下处于柔性状态。

可选地，所述翅片换热器中包括至少一根电磁铁；

可选地，所述电磁铁设置于所述翅片换热器的铜管孔中。

可选地，所述微柱还在加热条件下处于刚性状态。

可选地，所述微柱的分布密度为30～40个每平方毫米。

可选地，所述微柱的平均直径为107微米。

可选地，在磁场作用下，所述磁响应超疏水表面的接触角为154°，滑动角为10°；

在无磁场作用下，所述磁响应超疏水表面的接触角为108°，滑动角为 180°。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种换热设备，该换热设备采用第一方面所述的翅片换热器。

可选地，所述换热设备还包括水含量分布检测设备，所述水含量分布检测设备用于对翅片换热器表面的水含量分布进行检测。

可选地，所述换热设备还包括风机，所述风机用于向所述磁响应超疏水表面提供风力。

本实用新型实施例中，翅片换热器的结构中表面为磁响应超疏水表面，该磁响应超疏水表面上存在阵列分布的微柱，且该微柱在磁场作用下状态为刚性状态，在无磁场作用下状态为柔性状态，柔性状态下微柱在液滴载荷下坍塌，使液滴落入微柱阵列，疏水性差、黏附性好；刚性状态下微柱支撑液滴悬空，疏水性好，粘附性差，使得磁响应超疏水表面的黏附性、润湿性、疏水性等能够响应磁场作用的变化而变化，因此，翅片换热器可以在磁场作用的改变下，主动改变微柱状态，从而主动调整疏水性，以主动延缓结霜，调控磁响应超疏水表面的液滴形态，避免结冰、结霜，有效控制翅片换热器水含量分布，避免频繁停机除霜，提升换热设备的性能，减少能源浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本实用新型实施例提供的一种翅片换热器；

图2a是本实用新型实施例提供的一种磁响应超疏水表面温泽尔模式的形态示意图；

图2b是本实用新型实施例提供的一种磁响应超疏水表面卡西模式的形态示意图；

图2c是本实用新型实施例提供的一种磁响应超疏水表面转换卡西模式的形态示意图；

图3a示出了本实用新型中磁响应超疏水表面的微柱状态变化示意图；

图3b示出了本实用新型中磁响应超疏水表面的水平面液滴操控过程示意图；

图3c示出了本实用新型中磁响应超疏水表面的斜面液滴操控过程示意图；

图4a示出了本申请实施例提供的一种磁响应超疏水表面在10个周期的磁场作用下接触角的变化示意图；

图4b示出了本申请实施例提供的一种磁响应超疏水表面在10个周期的磁场作用下滑动角的变化示意图；

图4c示出了本申请实施例提供的一种磁响应超疏水表面载荷状态示意图；

图4d示出了本申请实施例提供的一种载荷状态下磁响应超疏水表面的附着状态变化示意图；

图4e示出了本申请实施例提供的2.2kPa载荷下磁响应超疏水表面的附着状态变化示意图；

图5a是本实用新型实施例提供的一种基于磁响应超疏水表面的液滴输送操作原理示意图；

图5b是本实用新型实施例提供的一种基于磁响应超疏水表面的液滴输送操作实例示意图；

图6a是本实用新型实施例提供的一种基于第一磁响应超疏水表面的3 微升液滴输送操作实例示意图；

图6b是本实用新型实施例提供的一种基于第一磁响应超疏水表面的10 微升液滴输送操作实例示意图；

图6c是本实用新型实施例提供的一种基于第一磁响应超疏水表面的15 微升液滴输送操作实例示意图；

图6d是本实用新型实施例提供的一种第一基于磁响应超疏水表面的20 微升液滴输送操作实例示意图；

图6e是本实用新型实施例提供的一种基于第二磁响应超疏水表面的20 微升液滴输送操作实例示意图；

图6f是本实用新型实施例提供的一种基于第二磁响应超疏水表面的25 微升液滴输送操作实例示意图；

图6g是本实用新型实施例提供的一种基于第二磁响应超疏水表面的30 微升液滴输送操作实例示意图；

图6h是实用新型实施例通过的另一种基于第一磁响应超疏水表面的10 微升/30微升液滴输送操作实例示意图；

图7a是本实用新型实施例提供的一种磁响应超疏水表面的每组一滴的两组液滴输送操作实例示意图；

图7b是本实用新型实施例提供的一种磁响应超疏水表面的每组两滴的两组液滴输送操作实例示意图；

图7c是本实用新型实施例提供的一种磁响应超疏水表面的每组两滴的一组液滴输送操作实例示意图；

图7d是本实用新型实施例提供的一种磁响应超疏水表面的每组四滴的一组液滴输送操作实例示意图；

图8a是实用新型实施例提供的一种基于磁响应超疏水表面的液滴驱动原理示意图；

图8b是本实用新型实施例提供的一种基于磁响应超疏水表面的液滴驱动实例示意图；

图8c是本实用新型实施例提供的一种基于磁响应超疏水表面的不同体积液滴驱动实例示意图；

图8d是本实用新型实施例提供的一种基于磁响应超疏水表面的液滴沿电弧线驱动实例示意图；

图9a示出了本申请实施例提供的一种加热时间对磁响应超疏水表面的接触角影响变化示意图；

图9b示出了本申请实施例提供的一种加热时间对磁响应超疏水表面的滑动角变化示意图；

图10是本实用新型提供的一种换热设备的主动延缓结霜过程示意图；

图11是实用新型实施例提供的一种翅片换热器在换热设备中的安装位置示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1示出了本实用新型实施例提供的一种翅片换热器10，如图1所示，该翅片换热器10包括磁响应超疏水表面101。

本实用新型实施例中，可以应用于翅片换热器10中，翅片器通常由翅片管、翅片组成，翅片的表面结构可选地有平翅、间断翅、波纹翅和穿孔翅等，其中，不同规格的翅片换热器10以铜管直径、孔距、排距的参数区分翅片换热器10，翅片换热器10中可以通过增加翅片、翅片管的内、外表面积等提高换热效率。

本实用新型中，在翅片换热器10的表面可以包括磁响应超疏水表面，磁响应超疏水表面是一种接触角大于150°，接触角滞后小于10°，滚动角小于5°且液滴呈稳定Cassie(卡西)状态的表面，具有疏水性，核位垒较高，从而减慢液滴在表面的冻结时间，从而起到抑霜的效果。

所述磁响应超疏水表面包括阵列分布的微柱1011，所述微柱在磁场作用下处于刚性状态，在无磁场作用下处于柔性状态。

本实用新型的翅片换热器10中，磁响应超疏水表面包括阵列分布的微柱，如图1所示，微柱在1.6、1.8、2.0、2.2、24mm直径的圆形区域中的排布可见微柱呈针状，阵列分布在磁响应超疏水表面，其中，微柱可以具有磁性，从而在磁场作用下可以发生状态变化，可选地，微柱的磁性可以是微柱的表面包裹有磁性材料，也可以是微柱由磁性材料沉积得到，使得微柱的形态可以随磁场的方向、大小发生变化，如向磁场同向、反向伸展等，磁性材料可以是羰基铁粉(Carbonyl Iron Powder，CIP)、四氧化三铁铁粉等，还可以添加聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)， PDMS较低的表面能和固化弹性能够为微柱提供一定疏水性和刚性，从而提升磁响应超疏水表面的疏水性能，本实用新型对此不作具体限制。

图2a是本实用新型实施例提供的一种磁响应超疏水表面温泽尔模式的形态示意图；图2b是本实用新型实施例提供的一种磁响应超疏水表面卡西模式的形态示意图；图2c是本实用新型实施例提供的一种磁响应超疏水表面转换卡西模式的形态示意图。

本实用新型实施例中，微柱的状态可以是柔性状态、也可以是刚性状态，也可以是沿磁场方向的同向、反向延伸等，其中，在无磁场作用时，微柱成柔性状态，在液滴压迫下坍塌，液滴落入微柱的阵列内，浸入微柱结构的间隙中，形成Wenzel(温泽尔)模式中液滴被钉住的状态，如图2a 所示，接触并附着在表面，使得表面粘附性高，疏水性差；在施加磁场作用时，微柱向磁场方向伸展并成刚性状态，液滴在微柱的支撑下悬空，不接触表面，形成Cassie模式的疏水状态，使得表面粘附性低，从而易于分离、去除，疏水性好，在磁场作用下的状态改变实现了对磁响应超疏水表面的粘附性控制调整，从而能够控制液滴的附着、分离，起到了主动延缓结霜的作用。

本实用新型实施例中，可以看出图2a、b的状态转换实质上是转换卡西模式，此时，液滴与表面之间的接触通常处于中间的转换卡西模式的状态，如图2c所示，转换卡西模式的接触角由如下公式(1)计算得到：

cos θ_t＝[f_a+πax/(a+b)²]cscθ+f_a-1.........(1)

θt、θ分别表示磁响应超疏水表面的接触角和温泽尔模式下平面的接触角；f_a表示液滴靠近磁响应超疏水表面侧与空气接触的固体表面积的分数；a、x、b分别表示相邻两微柱之间的间隙、液滴浸入深度和微柱直径；无磁场作用时，a和x较大，施加磁场作用时，a和x极大减小，fa增大，从而使得液滴与表面接触面积减小，提高疏水性。

可选地，在磁场作用下，所述磁响应超疏水表面的接触角为154°，滑动角为10°；

在无磁场作用下，所述磁响应超疏水表面的接触角为108°，滑动角为 180°。

图3a示出了本实用新型中磁响应超疏水表面的微柱状态变化示意图，如图3a所示，在无磁场作用时，微柱的状态为柔性，液滴落入微柱的阵列内，此时，磁响应超疏水表面的接触角为108°±3°，滑动角约为180°，表面的粘附性高，液滴附着在表面上，在磁场强度为0.4T时，微柱在磁场作用下状态变化为刚性，液滴在微柱的支撑下位于微柱的尖端，此时，接触角为154°±1°，滑动角约为10°。

图3b示出了本实用新型中磁响应超疏水表面的水平面液滴操控过程示意图，如图3b所示，采用细针向磁响应超疏水表面放置8微升水滴，在无磁场作用下，0～3.5秒内，操作细针上的水滴接触表面后提起细针，水滴脱离细针并完全附着在表面，此时，磁响应超疏水表面对水滴的附着力和液滴的重力大于细针对液滴的附着力；在磁场强度为0.4T时，0～3.5秒内，水滴接触磁响应超疏水表面后提起细针，水滴未与细针分离，且磁响应超疏水表面未残留水分，此时，可以看出磁响应超疏水表面对水滴的附着力显著降低，使得水滴在外力作用下在表面移动时不会附着在表面上。

图3c示出了本实用新型中磁响应超疏水表面的斜面液滴操控过程示意图，如图3c所示，在倾斜角度为10°的磁响应超疏水表面上，未施加磁场时，0～1000毫秒内，水滴从细针上脱离后滴落在表面，并稳定的附着在表面；在施加磁场为0.4T时，0～467毫秒内，水滴从细针上脱离后滴落在表面，并沿倾斜方向滑落离开该表面。

图4a示出了本申请实施例提供的一种磁响应超疏水表面在10个周期的磁场作用下接触角的变化示意图，图4b示出了本申请实施例提供的一种磁响应超疏水表面在10个周期的磁场作用下滑动角的变化示意图，图4c 示出了本申请实施例提供的一种磁响应超疏水表面载荷状态示意图，图4d 示出了本申请实施例提供的一种载荷状态下磁响应超疏水表面的附着状态变化示意图，图4e示出了本申请实施例提供的2.2kPa载荷下磁响应超疏水表面的附着状态变化示意图。如图4a、b所示，当施加0.4T的磁场时，图 4a中10个周期(Cycles)中接触角从110°～120°变化为150°，图4b中10 个周期中滑动角从180°变化为10°，如图4c所示，在制备的磁响应超疏水表面上施加了一定的载荷(Pressure)，从11Pa开始载荷小于2.2kPa时每次增加11.3Pa的载荷至大于或等于2.2kPa。如图4d所示，每次增加载荷后，制备得到的磁响应超疏水表面仍然可以很好地切换附着状态。在0.4T 的外部磁场作用下，接触角在120Pa以下稳定在150°左右，随着载荷进一步增加到2.2kPa，在0.4T的外部磁场作用下，接触角逐渐减小到144°，在无外部磁场作用时，接触角随载荷增加逐渐减小到110°。图4e显示了最终载荷下微柱的不同形态。在加载最大2.2kPa后，响应于磁场变化，在载荷下倒塌的微柱可以完全恢复原状。这证实了该磁响应超疏水表面状态改变的循环可逆性和耐久性。

本实用新型实施例中，液滴操控除了基于磁场作用改变磁响应超疏水表面上微柱状态，使得液滴附着在表面或从表面滑落外，还可以通过磁场作用使得磁响应超疏水表面对液滴进行捕捉、释放，使其与其他液滴混合，形成更大的液滴，即可以实现对液滴的附着、输送、混合、滑落等等，其中，液滴可以是一个、多个液滴，可以是相同体积、不同体积液滴等，基于磁响应超疏水表面上阵列分布的磁性微柱结构，实现了对液滴的操作。

图5a是本实用新型实施例提供的一种基于磁响应超疏水表面的液滴输送操作原理示意图，如图5a所示，疏水表面(hydrophobic surfaces)附着有第一液滴201、第二液滴202，在无施加磁场作用的情况下，磁响应超疏水表面20接触第一液滴201并对第一液滴201进行吸附，对磁响应超疏水表面20进行移动，在磁响应超疏水表面20移动到第二液滴202附近时，对磁响应超疏水表面20施加0.4T的磁场作用，使得微柱在磁场作用下直立，粘附性降低，第一液滴201脱离磁响应超疏水表面20接触第二液滴 202，混合形成第三液滴203，实现了对第一液滴201的输送。其中，箭头方向表示磁响应超疏水表面的移动方向。由于磁响应超疏水表面20上述特性的循环可逆，因此，可重复实现上述液滴输送。

图5b是本实用新型实施例提供的一种基于磁响应超疏水表面的液滴输送操作实例示意图，如图5b所示，在无磁场作用下，磁响应超疏水表面30 接触第一液滴301，并移动到第二液滴302上方，此时，施加0.4T的磁场作用，使得磁响应超疏水表面30粘附性降低，第一液滴301落下与第二液滴302混合获得第三液滴303，实现液滴输送。其中，箭头方向表示磁响应超疏水表面的移动方向。

图6a是本实用新型实施例提供的一种基于第一磁响应超疏水表面的3 微升液滴输送操作实例示意图，图6b是本实用新型实施例提供的一种基于第一磁响应超疏水表面的10微升液滴输送操作实例示意图，图6c是本实用新型实施例提供的一种基于第一磁响应超疏水表面的15微升液滴输送操作实例示意图，图6d是本实用新型实施例提供的一种第一基于磁响应超疏水表面的20微升液滴输送操作实例示意图。其中，图6a～d的第一磁响应超疏水表面经过10秒喷雾沉积得到，可以看出，采用图5a的液滴输送原理，10秒喷涂形成的磁响应超疏水表面可以成功输送3、10和15μL的液滴，而无法捕获20μL的液滴以对该液滴进行输送。

图6e是本实用新型实施例提供的一种基于第二磁响应超疏水表面的20 微升液滴输送操作实例示意图，图6f是本实用新型实施例提供的一种基于第二磁响应超疏水表面的25微升液滴输送操作实例示意图，图6g是本实用新型实施例提供的一种基于第二磁响应超疏水表面的30微升液滴输送操作实例示意图。其中，图6e～g的第二磁响应超疏水表面经过15秒喷雾沉积得到，可以看出，采用图5a的液滴输送原理，15秒喷涂形成的磁响应超疏水表面可以成功输送20、25μL的液滴，而无法捕获30μL的液滴。

可选地，根据图6a～g可以看出，磁响应超疏水表面具有最大附着力，在液滴体积在一定范围内重力小于最大附着力时，可以成功捕获液滴以对液滴进行输送，从而实现了对液滴的选择性输送。

图6h是实用新型实施例通过的另一种基于第一磁响应超疏水表面的10 微升/30微升液滴输送操作实例示意图，可以看出，当第一磁响应超疏水表面与10、30μL的液滴充分接触后，第一磁响应超疏水表面捕获了10μL液滴，移动第一磁响应超疏水表面以将被捕获的10μL液滴悬置于30μL液滴上方，并施加0.4T的磁场作用，使其脱离落下，使10μL液滴与30μL液滴混合。

图7a是本实用新型实施例提供的一种磁响应超疏水表面的每组一滴的两组液滴输送操作实例示意图，其中，图7a中磁响应超疏水表面的直径为 30毫米，在磁响应超疏水表面上放置两滴液滴，再将磁响应超疏水表面翻转180°，将磁响应超疏水表面附着在运输平台上，通过运输平台将磁响应超疏水表面移动到不同位置，并通过对不同组液滴的区域先后施加0.4T的磁场作用卸载不同液滴。

图7b是本实用新型实施例提供的一种磁响应超疏水表面的每组两滴的两组液滴输送操作实例示意图，如图7b所示，磁响应超疏水表面的直径为 30毫米，通过运输平台将磁响应超疏水表面的两组液滴先后移动到相同位置，并通过对不同组液滴的区域先后施加0.4T的磁场作用卸载不同组液滴，使两组液滴混合。

图7c是本实用新型实施例提供的一种磁响应超疏水表面的每组两滴的一组液滴输送操作实例示意图，如图7c所示，磁响应超疏水表面的直径为30毫米，通过运输平台将磁响应超疏水表面的一组两滴液滴移动到相同位置，并通过对该组液滴的区域施加0.4T的磁场作用卸载该组液滴。

图7d是本实用新型实施例提供的一种磁响应超疏水表面的每组四滴的一组液滴输送操作实例示意图，如图7d所示，磁响应超疏水表面的直径为 30毫米，通过运输平台将磁响应超疏水表面的一组四滴液滴移动到相同位置，并通过对该组液滴的区域施加0.4T的磁场作用卸载该组液滴。

本实用新型中，由于磁响应超疏水表面的低滑动角，使得液滴易于移动、滑落，可选地，还可以通过对表面的磁场矢量进行控制，以对液滴的移动方向、轨迹进行控制，从而提高液滴输送的选择性、方向性，其中，控制磁场矢量指对一定轨迹、区域内磁场矢量的大小、方向进行控制，使其与其他区域的磁场产生区别，可选地，可以通过移动磁体位置，设置矢量三维电磁铁等方式控制磁场矢量。

图8a是实用新型实施例提供的一种基于磁响应超疏水表面的液滴驱动原理示意图，其中，磁响应超疏水表面通过将质量分数为5％的碳纳米颗粒 (Carbon nanoparticles，CNPs)分散在2毫升的二氯甲烷中，喷涂在磁响应超疏水表面上，并在55℃下固化半小时得到，如图8a所示，在磁场作用中磁体的驱动下，在磁响应超疏水表面的微柱发生形变，驱动液滴沿形变轨迹发生移动，且支撑液滴的微柱处于同一水平面上。

图8b是本实用新型实施例提供的一种基于磁响应超疏水表面的液滴驱动实例示意图，如图8b所示，在磁场作用下，随着磁体的移动，移动轨迹上的磁场矢量发生变化，驱动磁响应超疏水表面上未附着的液滴沿磁体移动轨迹被从左侧驱动到右侧，再从右侧驱动左侧。

图8c是本实用新型实施例提供的一种基于磁响应超疏水表面的不同体积液滴驱动实例示意图，如图8c所示，在磁场作用下，未附着在磁响应超疏水表面的3、10、15、20、25、30μL液滴均可以随着磁体的移动受驱动沿磁体移动轨迹实现液滴位置移动。

图8d是本实用新型实施例提供的一种基于磁响应超疏水表面的液滴沿电弧线驱动实例示意图，如图8d所示，当磁体沿圆弧的方向移动时，在磁体驱动下液滴可以沿圆弧的轨迹移动，并回到起点位置。

如图8a～d所示，磁体在移动过程中改变了磁体影响范围内的磁场矢量，使得磁体影响范围内的微柱沿磁场矢量变化发生倾斜，驱动液滴沿磁体移动轨迹移动，因此，基于磁场矢量变化可以实现液滴的定向移动。

可选地，所述磁响应超疏水表面还包括纳米碳颗粒的结构表面。

本实用新型实施例中，磁响应超疏水表面还可以包括碳纳米颗粒材料的结构表面，碳纳米颗粒是由一层碳原子组成的石墨片层以一定的角度卷成无缝、中空管体，其中，碳纳米颗粒的平均粒径可以是20nm，采用碳纳米颗粒材料制备结构表面，基于微纳米结构的协同作用可以进一步有效降低液滴的滑动角，使得液滴更易于滑动，提升了磁响应超疏水表面的延缓结霜性能。

综上所述，本实用新型实施例中，通过对外部磁场大小、方向的调控，或者在翅片换热器上设置可移动的磁体、矢量三维电磁铁，基于翅片换热器上磁响应超疏水表面阵列分布的磁性微柱结构，可以实现对液滴的操控、传输。

可选地，所述翅片换热器中包括至少一根电磁铁102；

可选地，所述电磁铁102设置于所述翅片换热器的铜管孔中。

本实用新型实施例中，可以在翅片换热器中设置至少一根电磁铁102，如图1所示，从而在通电状态下，根据电流的方向、大小等通过电磁铁向翅片换热器的磁响应超疏水表面施加不同需求的磁场作用，从实现对微柱状态的操控以操控液滴状态，可选地，可以将电磁铁102设置在翅片换热器的铜管孔中，从而在不影响翅片换热器原有结构的情况下，方便、低成本的改造翅片换热器。

可选地，所述微柱还在加热条件下处于刚性状态。

本实用新型实施例中，微柱还可以在加热条件下处于刚性状态，即随着加热的温度、时间提升，微柱刚性提升，使得微柱能够承受更高的载荷，更好的保持支撑液滴的卡西模式形态或转卡西模式形态，在无磁场作用的情况下，可以提升磁响应超疏水表面的疏水特性。在翅片换热器发生结霜的情况下，可以通过加热融化、去除霜层，此时，磁响应超疏水表面可以提供良好的疏水性能，有效提高化霜速度，减少由于化霜加热引起的水温波动，降低了能源消耗，可选地，微柱可以采用PDMS材料沉积得到，或微柱表面包裹PDMS材料的外层，从而实现微柱在加热条件下发生形态固化。

图9a示出了本申请实施例提供的一种加热时间对磁响应超疏水表面的接触角影响变化示意图，图9b示出了本申请实施例提供的一种加热时间对磁响应超疏水表面的滑动角变化示意图，如图9a、b所示，将制备得到的磁响应超疏水表面置于90℃的干燥箱中，可以看出，在无磁场作用的情况下，图9a中初始的接触角为108°，图9b中初始的滑动角为180°，随着加热时间的增长，图9a中接触角逐渐增大，图9b中滑动角逐渐减小。其中，当表面的温度较高时，聚二甲基硅氧烷会进一步固化，使得微柱在水滴等小载荷下更难变形，使其保持悬浮状态，但提高微柱的硬度足以承受加热后的液滴载荷，可以看出表面形貌的变化不大，即即使没有磁场作用，表面受热也会能使磁响应超疏水表面逐渐产生超疏水的特性。如图9a 所示，在开始加热时，无磁场作用下微柱为柔性状态，在液滴载荷下变形，在加热240分钟后，微柱在加热条件下变为刚性状态，且表面形貌变化不大。

可选地，所述微柱的分布密度为30～40个每平方毫米。

本实用新型实施例中，微柱的分布密度可以是30～40个每平方毫米，即在磁响应超疏水表面上每平方毫米的单位面积上包括阵列分布的30～40 个微柱，由于分布密度通过平均计算得到，因此，微柱的分布密度可以是非整数，如可以是30、30.5、31、32、33、···、40等30～40间的任意数值，本实用新型实施例对此不作具体限制。

可选地，所述微柱的平均直径为107微米。

本实用新型实施例中，翅片换热器的结构中表面为磁响应超疏水表面，该磁响应超疏水表面上存在阵列分布的微柱，且该微柱在磁场作用下状态为刚性状态，在无磁场作用下状态为柔性状态，柔性状态下微柱在液滴载荷下坍塌，使液滴落入微柱阵列，疏水性差、黏附性好；刚性状态下微柱支撑液滴悬空，疏水性好，粘附性差，使得磁响应超疏水表面的黏附性、润湿性、疏水性等能够响应磁场作用的变化而变化因此，翅片换热器可以在磁场作用的改变下，主动改变微柱状态，从而主动调整疏水性，以主动延缓结霜，调控磁响应超疏水表面的液滴形态，避免结冰、结霜，有效控制翅片换热器水含量分布，避免频繁停机除霜，提升换热设备的性能，减少能源浪费。

本实用新型实施例还提供了一种换热设备，该换热设备采用如图1所述的翅片换热器。

本实用新型实施例中，可以将图1所示的翅片换热器应用于换热设备，换热设备可以是冰箱、空调、散热设备、干燥设备等，本实用新型对换热设备的种类不作具体限制，在换热设备中该翅片换热器包括磁响应超疏水表面，其中，磁响应超疏水表面上包括阵列分布的微柱，该微柱可以在磁场作用下发生状态变化，从而改变磁响应超疏水表面的粘附性、舒适性、浸润性等，达到主动除霜的目的。

可选地，所述换热设备还包括水含量分布检测设备，所述水含量分布检测设备用于对翅片换热器表面的水含量分布进行检测。

本实用新型实施例中，换热设备还可以包括水含量分布检测设备，以对翅片换热器表面的水含量分布进行检测，可选地，可以对翅片表面进行持续不断的实时检测，也可以以一定周期循环重复检测翅片表面的水含量，也可以在特定工况下，如制热工况、制冷工况、干燥工况等等不同工况下进行水含量检测，本实用新型对此不作具体限制。

本实用信息实施例中，可以根据应用环境、成本限制、使用要求等选中而不同种类、原理的是水含量分布检测设备，如可以采用微波水含量分布检测设备，基于微波穿透法，根据微波穿过翅片换热器的表面后速度、强度的变化确定水含量分布；也可以采用近红外水含量分布检测设备，基于近红外波长被水分子吸收的原理，分析特定波长的近红外在穿过翅片换热器的表面后的能量变化等，本实用新型实施例对水含量分布检测设备的种类、原理不作具体限制。

可选地，所述换热设备还包括风机，所述风机用于向所述磁响应超疏水表面提供风力。

本实用新型实施例中，换热设备还可以包括风机，风机可以提供风力，破坏液滴在翅片换热器表面的张力平衡，从而驱离磁响应超疏水表面上的液滴使其滑落，可选地，可以结合水含量分布检测设备的检测结果，在水含量较多时，向磁响应超疏水表面施加磁场作用，并调整风机运行频率，延长风机与外部开关接通时间，使得低黏附性、高疏水性的磁响应超疏水表面上的液滴在风力作用下被驱离翅片换热器，在水含量降低到一定标准时，再恢复风机与外部开关的运行时间，其中，可以根据水含量分布的参数恢复风机运行状态，也可以在设定时间后恢复风机运行状态，本实用新型对此不作具体限制。

图10是本实用新型提供的一种换热设备的主动延缓结霜过程示意图，如图10所示，换热设备30包括翅片换热器301、风机302，其中，翅片换热器301包括翅片管3011、电磁铁3012、翅片3013；翅片管换热器301上包括液滴，虚线箭头表示风向。

采用PWM方波控制电磁铁磁场，在水含量分布检测设备(图10未示出)检测到水含量分布达到预设水含量时，向电磁铁通电从而对翅片管换热器301施加磁场作用，激活磁响应超疏水表面的疏水特性，微柱由于磁场作用下处于刚性状态，对液滴起到支撑作用，使其与翅片换热器301的表面分离，此时，可以调整风机302的运行频率，向翅片换热器301表面提供风力，破坏液滴的张力平衡使其滑落，达到延缓结霜的效果。其中，箭头表示风向由外向内。

在机组结霜的情况下，可以将机组停机切换四通阀进行除霜，在除霜过程中，磁响应超疏水表面的微柱在加热条件下处于刚性状态，从而提升了微柱的尖端对液滴的承载能力，达到接触角约为156°，滑动角约为8°的超疏水性效果，在此基础上，磁响应超疏水表面的疏水性相比除霜前提升约15％，比常规超疏水表面的翅片换热器约提升30％，除霜的化霜时间降低约30％。

图11是实用新型实施例提供的一种翅片换热器在换热设备中的安装位置示意图，如图11所示，在该安装位置下，翅片换热器的第一边角位置 401、第二边角位置402、第三边角位置403和第四边角位置404通风不畅，易发生结霜，可选地，可以在第一边角位置401、第二边角位置402、第三边角位置403和第四边角位置404等翅片换热器的安装位置上易结霜的位置设置电磁铁406，该电磁铁406可用于控制从对应边角区域到中心区域405的轨迹、路径上的磁场矢量，从而可以驱动液滴沿轨迹向通风良好的位置移动、释放，以缓解上述易结霜位置的结霜频率，有效避免了翅片换热器只能在被动结霜后进入除霜状态导致频繁结霜、除霜，影响换热设备运行效率，导致能源浪费的问题。本实用新型实施例提供的换热设备可以在机组未结霜时主动除霜，有效缓解结霜的时间和频次。并且不改变原有的翅片结构，改造简单、成本低。

本实用新型实施例中，翅片换热器的结构中表面为磁响应超疏水表面，该磁响应超疏水表面上存在阵列分布的微柱，且该微柱在磁场作用下状态为刚性状态，在无磁场作用下状态为柔性状态，柔性状态下微柱在液滴载荷下坍塌，使液滴落入微柱阵列，疏水性差、黏附性好；刚性状态下微柱支撑液滴悬空，疏水性好，粘附性差，使得磁响应超疏水表面的黏附性、润湿性、疏水性等能够响应磁场作用的变化而变化，因此，翅片换热器可以在磁场作用的改变下，主动改变微柱状态，从而主动调整疏水性，以主动延缓结霜，调控磁响应超疏水表面的液滴形态，避免结冰、结霜，有效控制翅片换热器水含量分布，避免频繁停机除霜，提升换热设备的性能，减少能源浪费。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (9)

1.一种翅片换热器，其特征在于，所述翅片换热器包括磁响应超疏水表面；

所述磁响应超疏水表面包括阵列分布的微柱，所述微柱在磁场作用下处于刚性状态，在无磁场作用下处于柔性状态。

2.根据权利要求1所述的翅片换热器，其特征在于，所述翅片换热器中包括至少一根电磁铁；

所述电磁铁设置于所述翅片换热器的铜管孔中。

3.根据权利要求1所述的翅片换热器，其特征在于，所述微柱还在加热条件下处于刚性状态。

4.根据权利要求1所述的翅片换热器，其特征在于，所述微柱的分布密度为30～40个每平方毫米。

5.根据权利要求1所述的翅片换热器，其特征在于，所述微柱的平均直径为107微米。

6.根据权利要求1所述的翅片换热器，其特征在于，在磁场作用下，所述磁响应超疏水表面的接触角为154°，滑动角为10°；

在无磁场作用下，所述磁响应超疏水表面的接触角为108°，滑动角为180°。

7.一种换热设备，其特征在于，所述换热设备采用所述权利要求1～6任一项所述的翅片换热器。

8.根据权利要求7所述的换热设备，其特征在于，所述换热设备还包括水含量分布检测设备，所述水含量分布检测设备用于对翅片换热器表面的水含量分布进行检测。

9.根据权利要求7所述的换热设备，其特征在于，所述换热设备还包括风机，所述风机用于向所述磁响应超疏水表面提供风力。

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