专利名称：换热器及其表面处理方法
技术领域：
本发明涉及符合权利要求1前序部分的换热器，尤指汽车换热器，以及一种该类换热器的表面处理方法。
背景技术：
传统的换热器经常会遇到腐蚀、微生物繁殖和沾染污浊的问题。这些问题主要由于空气中冷凝液的沉积，这些冷凝液会流过安装在冷却液所流经的圆板及管道之间的各波纹板。此外，灰尘和污物也会积累，以至于在潮湿、受污的表面会积聚微生物，而这些微生物可能形成不期望的气味。
通过采取换热器表面的亲水性设计，能够使得冷凝液从换热器表面流走，同时基于亲水性会在换热器表面形成一薄薄的液体薄膜，它能持续从波纹板表面流下。这样便具有了所谓的自净效果或者清洗效果，同时能够减少灰尘和污物持续的积聚，并且能避免换热器表面微生物的聚积。此外，波纹板表面干得更快。通过这种方法保持及改进了换热器的总效率。
EP 115 40 42 A1公开了一种换热器化学表面处理的方法，其中5至1000纳米中等直径的硅酸盐微粒以及稀薄的聚乙烯醇溶液被涂抹在换热器的表面。首先使用酸洗来进行表面预处理，随后构建含铬或锆的转换层。经过这样处理的换热器，再使用上面提到的亲水性化学材料进行涂层，从而使处理过的表面具有亲水特性。
发明内容
本发明旨在提供一种改良的换热器。
该目的通过符合权利要求1特征的换热器实现。较佳实施例由从属权利要求实现。
符合本发明优势设计的亲水表面涂层—尤涉及汽车换热器—配有凝胶，该凝胶最好由溶胶-凝胶涂覆(Sol-Gel-Beschichtung)。该凝胶可包含纳米微粒，涂覆纳米微粒(beschichteten Nanopartikel)和/或嫁接纳米微粒(aufeepfropfte Nanopartikel)。亲水表面涂层确保在表面形成一薄薄的封闭液体薄膜，该液体薄膜可持续从波纹板表面或从换热器的圆板/管道流下。这便具有了自净效果或者清洗效果，同时能够减少灰尘和污物持续的积聚，并且能避免换热器表面微生物的聚积。此外，波纹板表面干得更快。
在本发明各实施形式的变型中，表面涂层除了或取代亲水功能外，还具有一项或多项另外的优势功能，例如阻蚀或防腐蚀功能。
作为溶胶-凝胶法的原材料，最好使用包含以下元素的羟氧基化合物第III主族元素(例如铝、硼、铟)和/或第IV主族元素(例如硅、锡)和/或过渡金属—最好是第IV副族的过渡金属(例如钛、锆、铪)和/或第V副族的过渡金属(例如钒、铌、钽)。
本发明一优化设计在于，将羟氧基化合物一部分可水解的羟氧基残留(Alkoxyreste)替换为烷基和/或芳基残留(Arylreste)，或者设计为由纯羟氧基化合物和部分包含烷基和/或芳基残留的羟氧基化合物所构成的混合物。这些化合物最好经过卤化，特别是经过氟化处理。
该亲水性表面涂层最好含有纳米微粒。这些纳米微粒最好近100％或者完全由氧化物构成。
对于涂层内的纳米微粒来说，除了那些至少在涂层纳米微粒内核存有的氧化物外或者取代这些氧化物，涂层内也可存在其它的化合物。纳米微粒涂层能够包含有机和/或无机成分，以及具有抗微生物作用的有机和/或无机成分。
嫁接纳米微粒主要是指带有一内核的纳米微粒，并且该内核具有连有侧基的氧化物或直接由这类氧化物构成。这些侧基通过化学的方法连结在纳米微粒内核的表面，例如借助氧桥或氮桥联结。为了生成该类纳米微粒，例如会使用双功能的化合物，例如双氨和/或双醇。通过这种方法能够改变纳米微粒的表面特性(例如疏水性、亲水性、分散及溶解稳定性)。此外还可在纳米微粒上嫁接一带有反应活性侧链的聚合物链，例如含有OH或者COOH或者OR基团的侧链，或者在聚合物网络内嫁接一非过度活性的基团，例如OH或COOH或OR基团。
这些纳米微粒最好(为了简便起见在接下来的描述中，只要没有改用其它的表达，纳米微粒也应理解为涂层和/或嫁接的纳米微粒)包含氧化物和/或水合氧化物(Oxidhydrate)和/或氮化物和/或碳化物。此处，最好优先使用第II主族和/或第III主族元素的氧化物，和/或锗、锡、铅元素的氧化物，和/或过渡金属(第IV和第V副族为佳)的氧化物，和/或锌和/或铈的氧化物。
水合氧化物、氮化物和碳化物最好由第III主族元素和/或第IV主族元素，和/或由过渡金属(第IV和第V副族为佳)，和/或由锌和/或铈构成。
纳米微粒、涂层纳米微粒和嫁接纳米微粒，其直径最好为1至1000纳米之间的中等直径，尤其是在50至500纳米之间为佳。
一具有优势的设计在于，表面涂层包含具有抗微生物效果的组分。这些组分可以是纳米微粒的组成成分，例如嫁接或者涂层的纳米微粒的组成成分，或者这些组分可包含在表面涂层的其余部分内。这类补充成分可改善表面涂层的抗微生物效果并使得微生物无法在换热器的表面积聚，或者至少妨碍它们的积聚。
表面涂层的涂覆通过浸渍、浇注或者喷涂(Sprühen)的方法完成为佳。
较好的方法是，借助酸性或碱性的腐蚀剂完成预处理，并紧接着进行酸洗和/或转换处理。该预处理最好也是通过浸渍、浇注或者喷涂的方法完成。转换处理用于构建钝化层，该钝化层，例如通过形成混合氧化物和表面牢牢固定。该钝化层主要用于防止腐蚀侵蚀。
预处理之后可进行干燥处理，在完成表面涂层后进行干燥处理本来也是必要的。
下面将依据三个实施例并结合附图，详细说明本发明图1本发明第一实施例中涂覆有本发明涂层的换热器表面区域附近的剖面图。
图2本发明第二实施例中涂覆有本发明涂层的换热器表面区域附近的剖面图。
具体实施例方式
图1展示了带有亲水表面涂层2的第一个实施例中一铝制换热器波纹板1表面附近的区域。此处表面涂层2由一溶胶(Sol)构成，该溶胶含有基本上由纯氧化铝构成的纳米微粒3。纳米微粒3的直径为处于10至100纳米之间的中等直径，并且在整个表面涂层2内相对均匀地分布。
该溶胶为铝的羟氧基化合物，并且使用的是由纯羟氧基化合物和那些其中部分可水解的羟氧基残留由烷基残留(Alkylreste)取代的羟氧基化合物所构成的混合物。
在使用一酸性的腐蚀剂进行表面清洁之后，通过在一胶质溶胶溶液内浸渍完成表面涂层2的涂覆，且该溶胶溶液内分散有由氧化铝构成的纳米微粒。随后进行一干燥程序。
图2展示了第二个实施例中一换热器波纹板11表面附近的区域。这里在含有纳米微粒13的亲水表面涂层12和波纹板之间，设有转换层14。转换层14主要由铝和锆的混合氧化物构成。
纳米微粒13为所谓的带有侧链基团的嫁接纳米微粒。该纳米微粒13具有一含有氧化物的内核，该内核周围环绕通过化学键连结在纳米微粒内核表面的双功能有机化合物。这些双功能有机化合物主要为具有抗微生物作用的侧链基团。所用的表面涂层12，同第一个实施例一样，由一凝胶(Gel)构成。嫁接纳米微粒13的氧化物内核，基本上由二氧化锆和二氧化钛构成。
为了准备用于涂覆表面涂层13的表面，该表面上配有含有由铝和锆构成的混合氧化物的转换层14。为此，通过浸渍的方法将一含有锆的化学物质涂覆于表面，并形成由铝和锆构成的混合氧化物，从而构成和表面的牢固连接。
干燥后，通过浸渍的方法完成表面涂层12的涂覆，浸渍过程中会形成含纳米微粒13的溶胶-纳米微粒-分散现象。随后进行一系列干燥处理。
在另一未图示的实施例中，表面涂层通过一不含纳米微粒的溶胶实现。该溶胶为由硅构成的羟氧基化合物，并且使用的是由纯羟氧基化合物和那些其中部分可水解的羟氧基残留被烷基残留取代的羟氧基化合物所构成的混合物。
权利要求
1.换热器，带有亲水表面涂层(2；12)，其特征在于，表面涂层(2；12)为一凝胶，该凝胶通过溶胶-凝胶法制成。
2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，该溶胶-凝胶法中用作涂层材料的溶胶，其含有第III主族元素和/或第IV主族元素和/或过渡金属的羟氧基化合物。
3.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，该过渡金属属于第IV和/或第V副族。
4.根据权利要求2或3所述的换热器，其特征在于，羟氧基化合物中一部分可水解的羟氧基残留被取代为烷基和/或芳基残留，或设计为由纯羟氧基化合物和部分包含烷基和/或芳基残留的羟氧基化合物所构成的混合物。
5.根据前述权利要求之一所述的换热器，其特征在于，表面涂层(2；12)包含有具有氧化物或由氧化物构成的纳米微粒(3)，涂层纳米微粒和/或嫁接纳米微粒(13)。
6.根据权利要求5所述的换热器，其特征在于，该氧化物为第II主族和/或第III主族元素的氧化物，和/或锗、锡、铅元素的氧化物，和/或各过渡金属的氧化物，和/或锌和/或铈的氧化物。
7.根据权利要求6所述的换热器，其特征在于，过渡金属属于第IV和第V副族。
8.根据前述权利要求之一所述的换热器，其特征在于，表面涂层(12)内包括具有水合氧化物和/或氮化物和/或碳化物或由这些物质构成的纳米微粒、涂层纳米微粒和/或嫁接纳米微粒(13)。
9.根据权利要求8所述的换热器，其特征在于，该水合氧化物、氮化物和碳化物由第III主族和/或第IV主族元素和/或过渡金属和/或铈构成。
10.根据权利要求9所述的换热器，其特征在于，该过渡金属属于第IV和/或第V副族或锌。
11.根据前述权利要求之一所述的换热器，其特征在于，纳米微粒(3)、涂层纳米微粒和/或嫁接纳米微粒(13)的直径为1至1000纳米之间的中等直径。
12.根据前述权利要求之一所述的换热器，其特征在于，表面涂层(2；12)含有具有抗微生物作用的组分。
13.带有亲水表面涂层(2；12)的换热器的涂层方法，其特征在于，其表面涂层(2；12)通过溶胶-凝胶法完成。
14.根据权利要求13所述的换热器的涂层方法，其特征在于，表面涂层(2；12)通过浸渍、浇注和/或喷涂的方法完成涂覆。
15.根据权利要求13至14之一所述的换热器的涂层方法，其特征在于，借助酸性或者碱性的腐蚀剂完成预处理，并紧接着进行酸洗和/或转换处理。
16.根据权利要求15所述的换热器的涂层方法，其特征在于，转换处理过程中生成混合氧化物和/或混合氟化物。
17.根据权利要求13至16之一所述的换热器的涂层方法，其特征在于，在使用酸性或者碱性的腐蚀剂进行预处理并紧接着完成酸洗和/或转换处理后，进行干燥处理。
18.根据权利要求13至17所之一述的换热器的涂层方法，其特征在于，紧接表面涂层(2；12)涂覆过程之后为一系列干燥程序。
19.根据权利要求13至18之一所述的换热器的涂层方法，其特征在于，涂覆包含有纳米微粒(3)、涂层微粒和/或嫁接微粒(13)的表面涂层。
全文摘要
本发明提供了一种具有亲水表面涂层的换热器，该涂层包括一种由溶胶—凝胶法制成的凝胶。
文档编号F28F19/00GK1768245SQ200480008964
公开日2006年5月3日 申请日期2004年3月8日 优先权日2003年3月31日
发明者斯涅托娜·博格, 彼得·恩勒特, 克劳斯·菲施勒, 欧利韦尔·芒贝, 扎比内·泽德尔迈尔 申请人:贝洱两合公司