一種具有梯度親疏水性能的集水器及應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明屬于集水節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有梯度親疏水性能的集水器及應(yīng)用。所述具有梯度親疏水性能的集水器，包括梯度孔徑親水多孔泡沫、疏水多孔泡沫、集液槽、防護(hù)罩和多孔泡沫固定結(jié)構(gòu)；所述防護(hù)罩中填充有梯度孔徑親水多孔泡沫和疏水多孔泡沫；所述疏水多孔泡沫兩側(cè)設(shè)置兩個(gè)空間，前側(cè)空間是疏水多孔泡沫與梯度孔徑親水多孔泡沫之間的間隔縫隙，其寬度為毫米量級(jí)，后側(cè)空間設(shè)置集液槽，疏水多孔泡沫通過(guò)多孔泡沫固定結(jié)構(gòu)懸空安裝，使得前側(cè)的間隔縫隙與集液槽相通。
【專利說(shuō)明】
一種具有梯度親疏水性能的集水器及應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于集水節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有梯度親疏水性能的集水器及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]地球上不含鹽分的水有三分之一散布在空氣中，收集空氣中的水，是解決缺水問題的一個(gè)途徑。一般集水方式主要有三種:地下水蒸發(fā)，植物蒸發(fā)集水和空氣中捕霧集水。對(duì)于干燥少水地區(qū)，植被稀少、地下水缺乏，第三種捕霧集水成為其主要的淡水收集方式。
[0003]近年來(lái)，基于對(duì)大自然的認(rèn)識(shí)以及仿生科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家們對(duì)干旱沙漠中的一種納米布甲殼蟲進(jìn)行了研究，并證明其背部復(fù)雜的“麻點(diǎn)”和溝壑在大霧來(lái)臨時(shí)可以很快凝結(jié)并收集水滴。模仿納米布甲殼蟲的表面結(jié)構(gòu)，韓國(guó)設(shè)計(jì)師Kitae Pak設(shè)計(jì)了露水收集器“露珠銀行”。整個(gè)收集器是一個(gè)外形類似龜殼的金屬裝置，由于水蒸氣更容易在金屬外殼上凝結(jié)，經(jīng)過(guò)日夜溫差變化，凝結(jié)的水蒸氣可沿著彎曲的收集器表面流入底部?jī)?chǔ)水槽中；其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且翻轉(zhuǎn)后可做臉盤使用。2012年NBD Nano公司的Deckard Sorensen制作了由吸水涂層和防水涂層組成的表面，利用風(fēng)扇加快空氣流通，讓水凝結(jié)在防水涂層表面流動(dòng)并存儲(chǔ)。奧地利工業(yè)設(shè)計(jì)師Kristof Retedr發(fā)明的自動(dòng)蓄水瓶裝置主要包括過(guò)濾器、太陽(yáng)能供電裝置和水瓶，利用太陽(yáng)能發(fā)電促進(jìn)冷卻表面的液滴冷凝，冷凝水通過(guò)傾斜超疏水表面匯集于水瓶。2015年Ap Verheggen設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能水滴，也是利用太陽(yáng)能發(fā)電在低溫表面冷凝空氣中的水，水滴在重力作用下在液滴內(nèi)部收集;此結(jié)構(gòu)還處于概念中，其性能受限于太陽(yáng)能電池的效率和功率。
[0004]目前，先進(jìn)集水器多利用太陽(yáng)能或直流電池發(fā)電，帶動(dòng)風(fēng)扇或半導(dǎo)體給多翅片換熱器降溫，從而強(qiáng)化空氣中水蒸氣的冷凝。同時(shí)冷凝水的收集多利用超疏水表面結(jié)合重力作用，自動(dòng)匯集于儲(chǔ)液腔。根據(jù)近來(lái)學(xué)者研究，具有親水性質(zhì)的“麻點(diǎn)”是甲殼蟲在空氣中冷凝水分的起點(diǎn)，親水性表面有利于強(qiáng)化水汽的冷凝。由納米布甲殼蟲表面“麻點(diǎn)”與溝壑的面積比可知，凝水的匯聚和及時(shí)脫離也是收集過(guò)程中重要因素。增大溝壑面積促進(jìn)冷凝液滴的快速脫離，能加快“麻點(diǎn)”的更新再生，從而加快冷凝速度;與此同時(shí)增大溝壑或超疏水表面面積，也相應(yīng)減小了液滴的冷凝面積，抑制液滴的高效冷凝。冷凝面積(親水表面)和液滴脫離面積(疏水表面)在固定的、有限的冷凝換熱表面上是一對(duì)此消彼長(zhǎng)的矛盾，均衡各自得失，才能獲得比較良好的集水性能。最后，目前集水器的關(guān)鍵部件，大部分利用材料表面改性的方法賦予其冷凝捕霧的功能，如涂覆微納顆粒結(jié)構(gòu)、局部親疏水表面涂層處理等；卻很少有利用復(fù)雜結(jié)構(gòu)材料，耦合其結(jié)構(gòu)特性發(fā)揮更優(yōu)異的集水性能。
[0005]事實(shí)上，近年來(lái)應(yīng)用廣泛的多孔泡沫金屬具有高導(dǎo)熱系數(shù)、密度小、孔隙可控、表面積大等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部的孔隙構(gòu)成了復(fù)雜的微通道，對(duì)在其中流動(dòng)的流體具有較強(qiáng)的毛細(xì)吸引力。其金屬性能的高導(dǎo)熱系數(shù)使得冷凝表面能夠盡快散熱，保持冷凝過(guò)程較大的過(guò)冷度。密度小、表面積大能大幅度增大濕空氣與冷凝表滿的接觸面積。同時(shí)利用表面材料處理技術(shù)，制備梯度超親水和超疏水的多孔泡沫結(jié)構(gòu);結(jié)合多孔泡沫自身毛細(xì)孔道，能夠?qū)⒗淠和ㄟ^(guò)孔道及時(shí)排出，不占據(jù)表面與濕空氣接觸的冷凝換熱面積;極限擴(kuò)大換熱表面上冷凝面積與導(dǎo)流面積之比，從而大大提高霧水冷凝效率。
[0006]多孔泡沫結(jié)構(gòu)用于霧水捕捉的主要優(yōu)勢(shì)，在于其表面孔隙結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了霧氣的捕捉能力;且換熱表面積大大增大；同時(shí)耦合利用梯度孔隙控制以及梯度親疏水表面性能，能夠及時(shí)將冷凝霧水通過(guò)泡沫材料厚度方向上的孔道及時(shí)導(dǎo)離，縮短冷凝換熱面的再生周期。其金屬的高導(dǎo)熱性能更便于調(diào)節(jié)冷凝溫差，促進(jìn)冷凝的發(fā)生。本發(fā)明提出利用梯度多孔泡沫材料進(jìn)行霧水捕捉，是從霧水冷凝的基本物理過(guò)程出發(fā)，基于強(qiáng)化傳熱基本原理，從根本上強(qiáng)化霧水冷凝的新技術(shù)、新方法、新思路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種具有梯度親疏水性能的集水器及應(yīng)用，具體技術(shù)方案為:
[0008]一種具有梯度親疏水性能的集水器，包括梯度孔徑親水多孔泡沫1、疏水多孔泡沫
2、集液槽3、防護(hù)罩4和多孔泡沫固定結(jié)構(gòu)5;所述防護(hù)罩4中填充有梯度孔徑親水多孔泡沫I和疏水多孔泡沫2，疏水多孔泡沫2與梯度孔徑親水多孔泡沫I通過(guò)多孔泡沫固定結(jié)構(gòu)5進(jìn)行固定，疏水多孔泡沫2兩側(cè)設(shè)置兩個(gè)空間，前側(cè)空間是疏水多孔泡沫2與梯度孔徑親水多孔泡沫I之間的間隔縫隙，其寬度為毫米量級(jí)，后側(cè)空間設(shè)置集液槽3;疏水多孔泡沫2通過(guò)多孔泡沫固定結(jié)構(gòu)5懸空安裝，使得前側(cè)的間隔縫隙與后側(cè)空間的集液槽3相通。
[0009]優(yōu)選地，還可利用風(fēng)扇8強(qiáng)化空氣對(duì)流。風(fēng)扇8可加快濕空氣的流通速度，從而顯著提尚集水器的集水性能。
[0010]此時(shí)，所述梯度孔徑親水多孔泡沫I和疏水多孔泡沫2的形狀，可以為圓筒式、板式、帽盔狀等多種。圓筒形狀便于設(shè)計(jì)成集水杯等便攜產(chǎn)品;板狀易于生產(chǎn)、加工，便于擴(kuò)展換熱面積和體積，可設(shè)計(jì)為類似板式換熱器形狀，易于霧水捕捉集成化處理;帽盔狀則適合不容易安放集水器的地區(qū)，直接扣于地面，用于局部集水。
[0011]優(yōu)選地，所述梯度孔徑親水多孔泡沫I和疏水多孔泡沫2的形狀為板式;此時(shí)，將梯度孔徑親水多孔泡沫I和疏水多孔泡沫2作為單元組，兩個(gè)單元組背靠背排列固定，并在中間孔隙處設(shè)置集液槽3，集液槽3下方設(shè)置有出水口9，將底部匯聚的冷凝液7導(dǎo)出，頂部設(shè)置的風(fēng)扇8同時(shí)與所有孔隙聯(lián)通，抽離空氣強(qiáng)化集水器內(nèi)部空氣流動(dòng)。
[0012]優(yōu)選地，所述梯度孔徑親水多孔泡沫I和疏水多孔泡沫2的形狀可為圓筒式;此時(shí)，只有一對(duì)由梯度孔徑親水多孔泡沫I和疏水多孔泡沫2組成的單元組，梯度孔徑親水多孔泡沫I作為圓筒集水器外壁，疏水多孔泡沫2作為圓筒集水器內(nèi)壁，在疏水多孔泡沫2圍成的圓筒集水器內(nèi)壁內(nèi)側(cè)的空間上下底面分別設(shè)置風(fēng)扇8和集液槽3。
[0013]優(yōu)選地，梯度孔徑親水多孔泡沫I和疏水多孔泡沫2均為通孔材料，梯度孔徑親水多孔泡沫I和疏水多孔泡沫2的材質(zhì)均為導(dǎo)熱、散熱性能良好的金屬泡沫(如鋁、銅等)，或本身即具有較大孔隙的陶瓷泡沫。所述金屬泡沫材質(zhì)梯度孔徑親水多孔泡沫I和疏水多孔泡沫2的制備方法為電鍍、粉末燒結(jié)、空心球燒結(jié)、電沉積等。
[0014]采用通孔泡沫材料，濕空氣可以穿透換熱表面，經(jīng)過(guò)多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部的多孔擾流，濕空氣中的霧氣能更充分地與金屬表面接觸并冷凝；同時(shí)與普通平面基底的封閉情況相比，通孔結(jié)構(gòu)降低了風(fēng)阻。
[0015]優(yōu)選地，所述梯度孔徑親水多孔泡沫I的親水處理方式可因基樣而異，如化學(xué)氧化法或高溫?zé)Y(jié)法。
[0016]優(yōu)選地，所述疏水多孔泡沫2的疏水處理方式為氣相沉積法或液相沉積法。
[0017]優(yōu)選地，為了便于收集凝液，集液槽3設(shè)計(jì)為中間凹陷的溝槽結(jié)構(gòu)，使得冷凝液在集液槽底部收集并通過(guò)出水口導(dǎo)出。
[0018]此外，本發(fā)明所述的集水器還可以包括其他輔助部件，所述輔助部件可以利用太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)化薄膜，提供小功率電源帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，強(qiáng)化濕空氣在多孔泡沫中的對(duì)流流動(dòng)；或利用熱電效應(yīng)原理，利用半導(dǎo)體和太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換部件相連，將冷凝多孔泡沫作為半導(dǎo)體冷端延伸部分，以強(qiáng)化提高冷凝表面過(guò)熱度，促進(jìn)快速冷凝。
[0019]本發(fā)明所述的梯度孔徑親水多孔泡沫，其梯度包括兩種含義，一為孔徑尺寸上的梯度，其孔隙尺寸在泡沫厚度方向上由大到小，即泡沫材料內(nèi)部孔道直徑沿厚度方向越來(lái)越小，以增大對(duì)其內(nèi)部流動(dòng)液體的毛細(xì)引力，促進(jìn)冷凝液的導(dǎo)離;二為親、疏水表面性能的梯度，即在親水多孔泡沫厚度上沿空氣流動(dòng)方向親水性越來(lái)越強(qiáng)。
[0020]梯度孔徑親水多孔泡沫，可以是多層不同孔徑的泡沫材料按照孔隙尺寸大小依次排列，組合成梯度孔隙換熱面;也可以是在泡沫材料制備時(shí)，利用不同粒徑粉末、空心球等按一定尺寸依次排布燒結(jié)制備而成的一個(gè)整體。
[0021]多孔泡沫的梯度親疏水性，可以是模擬納米布甲殼蟲在多孔金屬表面做局部親水點(diǎn)；也可以是在泡沫材料厚度方向上顯示的梯度親水性變化，從而在表面張力梯度作用下強(qiáng)化液滴在多孔泡沫孔道內(nèi)的流動(dòng)。此梯度親疏水性能還指親水多孔泡沫與疏水泡沫的結(jié)合使用。在親水泡沫盡頭，液體被導(dǎo)離冷凝表面到達(dá)親水泡沫孔道出口，距離親水泡沫孔道出口幾個(gè)毫米的位置設(shè)置超疏水泡沫，對(duì)液滴進(jìn)行阻擋收集，促進(jìn)液滴的匯聚。
[0022]如上所述的不包含風(fēng)扇8的集水器在集水方面的應(yīng)用:濕空氣按照濕空氣流動(dòng)方向6流經(jīng)集水器，首先通過(guò)防護(hù)罩4，過(guò)濾空氣中大的顆粒和雜質(zhì)，然后與梯度孔徑親水多孔泡沫I表面接觸，在親水表面的作用下，濕空氣中的霧氣發(fā)生冷凝，形成的冷凝液7在梯度孔徑親水多孔泡沫I的作用下被快速吸入孔隙內(nèi)，并在梯度孔徑親水多孔泡沫I的末端匯聚，受疏水多孔泡沫2的排斥作用，冷凝液7從孔隙處滴落，并匯集于集液槽3。
[0023]如上所述的包含風(fēng)扇8的集水器在集水方面的應(yīng)用:在風(fēng)扇8抽離空氣的強(qiáng)制對(duì)流下，濕空氣沿濕空氣流動(dòng)方向6快速?gòu)沫h(huán)境側(cè)進(jìn)入集水器，首先通過(guò)防護(hù)罩4，然后與梯度孔徑親水多孔泡沫I表面接觸，在親水表面的作用下，濕空氣中的霧氣發(fā)生冷凝，形成的冷凝液7在梯度孔徑親水多孔泡沫I的作用及風(fēng)扇8的抽吸下被快速吸入孔隙內(nèi)，并在梯度孔徑親水多孔泡沫I的末端匯聚；具有風(fēng)扇8的集水器，受疏水多空泡沫2的阻擋及重力作用，冷凝液7從孔隙處滴落，并匯集于集液槽3，最終通過(guò)出水口 9排出；失去霧氣而形成的干空氣則直接通過(guò)疏水多孔泡沫2并被風(fēng)扇8抽走。
[0024]本發(fā)明所述的含梯度多孔泡沫結(jié)構(gòu)的集水器的集水原理為:利用具有較大比表面積的多孔泡沫結(jié)構(gòu)作為冷凝換熱表面，大大增加了捕捉濕空氣的換熱面積，同時(shí)利用其孔道毛細(xì)結(jié)構(gòu)耦合親疏水表面處理，捕捉并迅速導(dǎo)離冷凝液滴，加快了冷凝表面的再生。同時(shí)金屬高導(dǎo)熱性能能夠輕易提高冷凝表面過(guò)冷度，從而從根本上提高濕空氣的冷凝速度。在超疏水多孔結(jié)構(gòu)的阻擋下，液滴和濕空氣中的霧氣在親水多孔結(jié)構(gòu)和疏水多孔結(jié)構(gòu)的孔隙內(nèi)匯聚并流入集液槽中。
[0025]本發(fā)明的有益效果是:
[0026](I)本發(fā)明利用梯度多孔泡沫材料進(jìn)行霧氣的捕捉和收集，將霧氣冷凝與多孔泡沫材料進(jìn)行耦合，增大了換熱面積，促進(jìn)了霧氣在表面的捕捉;并結(jié)合利用親、疏水金屬泡沫，利用泡沫的浸潤(rùn)自相容性(超親水泡沫阻氣，超疏水泡沫阻水)，強(qiáng)化冷凝液滴沿泡沫厚度方向上的導(dǎo)離，促進(jìn)冷凝表面的再生，提高了冷凝速率。
[0027](2)本發(fā)明利用多孔泡沫材料將復(fù)雜結(jié)構(gòu)材料與冷凝傳熱兩相流流動(dòng)進(jìn)行耦合，并巧妙利用梯度孔結(jié)構(gòu)及梯度親疏水性從根本上強(qiáng)化冷凝傳熱。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是具有梯度親疏水性能的集水器(不包含風(fēng)扇)的示意圖；
[0029]圖2是具有梯度親疏水性能的集水器(包含風(fēng)扇)的示意圖；
[0030]圖3是利用多層不同孔徑泡沫金屬疊加方法制備梯度多孔泡沫的示意圖；
[0031 ]圖中標(biāo)號(hào):1-梯度孔徑親水多孔泡沫;2-疏水多孔泡沫;3-集液槽;4-防護(hù)罩;5-多孔泡沫固定結(jié)構(gòu);6-濕空氣流動(dòng)方向；7-冷凝液;8-風(fēng)扇;9-出水口； 10-不同孔徑的泡沫金屬；11-親水化處理；12-孔徑較大具有親水性的多孔泡沫金屬；13-孔徑略小親水性略強(qiáng)的多孔泡沫金屬;14-孔徑最小親水性最強(qiáng)的多孔泡沫金屬;15-超疏水化處理。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
[0033]圖1是具有梯度親疏水性能的集水器(不包含風(fēng)扇)的示意圖。集水器包括梯度孔徑親水多孔泡沫1、疏水多孔泡沫2、集液槽3、防護(hù)罩4和多孔泡沫固定結(jié)構(gòu)5;所述防護(hù)罩4中填充有梯度孔徑親水多孔泡沫I和疏水多孔泡沫2，疏水多孔泡沫2與梯度孔徑親水多孔泡沫I通過(guò)多孔泡沫固定結(jié)構(gòu)5進(jìn)行固定;疏水多孔泡沫2兩側(cè)設(shè)置兩個(gè)空間，前側(cè)空間是疏水多孔泡沫2與梯度孔徑親水多孔泡沫I之間的間隔縫隙，其寬度為毫米量級(jí)，后側(cè)空間設(shè)置集液槽3;疏水多孔泡沫2通過(guò)多孔泡沫固定結(jié)構(gòu)5懸空安裝，使得前側(cè)的間隔縫隙與后側(cè)空間的集液槽3相通。
[0034]當(dāng)濕空氣按照濕空氣流動(dòng)方向6流經(jīng)集水器時(shí)，濕空氣首先通過(guò)防護(hù)罩4，過(guò)濾空氣中大的顆粒和雜質(zhì)，然后與梯度孔徑親水多孔泡沫I表面接觸，在親水表面的作用下，濕空氣中的霧氣發(fā)生冷凝，形成的冷凝液7在梯度孔徑親水多孔泡沫I的作用下被快速吸入孔隙內(nèi)，并在梯度孔徑親水多孔泡沫I的末端匯聚，受疏水多孔泡沫2的排斥作用，冷凝液7從孔隙處滴落，并匯集于集液槽3。
[0035]圖2是具有梯度親疏水性能的集水器(包含風(fēng)扇)的示意圖。集水器包括梯度孔徑親水多孔泡沫1、疏水多孔泡沫2、集液槽3、防護(hù)罩4、多孔泡沫固定結(jié)構(gòu)5、風(fēng)扇8和出水口 9;所述防護(hù)罩4中填充有梯度孔徑親水多孔泡沫I和疏水多孔泡沫2，疏水多孔泡沫2與梯度孔徑親水多孔泡沫I之間設(shè)置有多孔泡沫固定結(jié)構(gòu)5;梯度孔徑親水多孔泡沫I和疏水多孔泡沫2形成的形狀為板式;此時(shí)，梯度孔徑親水多孔泡沫I和疏水多孔泡沫2作為單元組，兩個(gè)單元組背靠背排列固定，并在中間孔隙處設(shè)置集液槽3，集液槽3下方設(shè)置有出水口 9，將底部匯聚的冷凝液7導(dǎo)出;頂部設(shè)置的風(fēng)扇8同時(shí)與所有孔隙聯(lián)通，抽取空氣強(qiáng)化對(duì)流。
[0036]在風(fēng)扇8抽離空氣的強(qiáng)制對(duì)流下，濕空氣沿濕空氣流動(dòng)方向6快速?gòu)沫h(huán)境側(cè)進(jìn)入集水器，首先通過(guò)防護(hù)罩4，然后與梯度孔徑親水多孔泡沫I表面接觸，在親水表面的作用下，濕空氣中的霧氣發(fā)生冷凝，形成的冷凝液7在梯度孔徑親水多孔泡沫I的作用及風(fēng)扇8的抽吸下被快速吸入孔隙內(nèi)，并在梯度孔徑親水多孔泡沫I的末端匯聚;具有風(fēng)扇8的集水器，受疏水多空泡沫2的阻擋及重力作用，冷凝液7從孔隙處滴落，并匯集于集液槽3，最終通過(guò)出水口 9排出；失去霧氣而形成的干空氣則直接通過(guò)疏水多孔泡沫2并被風(fēng)扇8抽走。圖3是利用多層不同孔徑泡沫金屬疊加方法制備梯度多孔泡沫的示意圖。其中，梯度孔徑親水多孔泡沫I由三種不同孔徑的泡沫金屬按孔徑大小依次排列構(gòu)成，此梯度尺寸多孔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易得。分別對(duì)不同孔徑的泡沫金屬10進(jìn)行親水化處理11，通過(guò)改變親水處理?xiàng)l件獲得不同親水性能的多孔泡沫，包括孔徑較大具有親水性的多孔泡沫金屬12，孔徑略小親水性略強(qiáng)的多孔泡沫金屬13，孔徑最小親水性最強(qiáng)的多孔泡沫金屬14。將三個(gè)梯度多孔泡沫依次排列構(gòu)成梯度尺寸親水多孔泡沫I。同時(shí)對(duì)不同孔徑的泡沫金屬10進(jìn)行超疏水化處理15，獲得疏水多孔泡沫2。親水化處理11包括化學(xué)氧化法、高溫?zé)Y(jié)法等;超疏水化處理15包括氣相沉積法、液相沉積法等。
[0037]實(shí)施例1
[0038]選用長(zhǎng)寬高分別為50mmX50mmX 3mm、孔徑分別為100目、150目、200目三種孔徑的紫銅泡沫金屬為基樣材料。首先利用堿液高溫浸泡氧化法分別對(duì)三種孔徑的泡沫金屬進(jìn)行親水化處理。用丙酮超聲清洗1min去除表面油脂，去離子水超聲清洗1min;然后將試樣浸入2.0moI/L HCl水溶液，超聲浸泡1min，去除金屬氧化膜;最后用去離子水清洗3次，徹底去除試樣表面殘留酸液，取出試樣氮?dú)獯蹈桑瑐溆?。將預(yù)處理完畢的金屬絲網(wǎng)浸泡于NaC12,NaOH,Na3PO4.12H20，及DI water(3.75:5:10:100wt%)的氧化液中，維持氧化溫度在96°C恒定;氧化時(shí)間20min，待氧化完畢，取出試樣利用去離子水和丙酮分別超聲清洗，氮?dú)獯蹈?。由于其孔徑不同?00目、150目、200目泡沫金屬的親水靜態(tài)接觸角雖均近似為0°，但利用高速攝像測(cè)定結(jié)果顯示，相同體積液滴在其表面的鋪展速度逐漸增大。
[0039]同時(shí)利用液相化學(xué)沉積方法對(duì)200目、3mm厚度、具有超親水微結(jié)構(gòu)的銅泡沫進(jìn)行氟硅烷(全氟辛基三氯硅烷:C8H4C13F13Si)表面修飾，具體方法為:將其浸泡于20 °C、濃度為0.lmol/L全氟辛基硅烷的正己烷溶液中靜置30min，待沉積完畢，丙酮清洗，氮?dú)獯蹈珊?，置于真空馬弗爐180°熱處理20min。利用靜態(tài)接觸角測(cè)定其表面接觸角為153°。
[0040]利用金屬鋁合金加工泡沫金屬支架，將三種孔徑親水泡沫金屬疊加按孔徑由大到小依次壓緊固定于支架前側(cè)；同時(shí)距離5mm的位置固定超疏水銅泡沫，并在支架后方安裝風(fēng)扇，得到本發(fā)明所述的集水器。控制環(huán)境相對(duì)濕度為80%，控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速使風(fēng)速在0.5-lm/
S。經(jīng)測(cè)定其集水能力在100?300ml/h。
[0041]以上所述僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有梯度親疏水性能的集水器，其特征在于，包括梯度孔徑親水多孔泡沫(I)、疏水多孔泡沫(2)、集液槽(3)、防護(hù)罩(4)和多孔泡沫固定結(jié)構(gòu)(5);所述防護(hù)罩(4)中填充有梯度孔徑親水多孔泡沫(I)和疏水多孔泡沫(2)，疏水多孔泡沫(2)與梯度孔徑親水多孔泡沫(I)通過(guò)多孔泡沫固定結(jié)構(gòu)(5)進(jìn)行固定;疏水多孔泡沫(2)兩側(cè)設(shè)置兩個(gè)空間，前側(cè)空間是疏水多孔泡沫(2)與梯度孔徑親水多孔泡沫(I)之間的間隔縫隙，其寬度為毫米量級(jí)，后側(cè)空間設(shè)置集液槽(3);疏水多孔泡沫(2)通過(guò)多孔泡沫固定結(jié)構(gòu)(5)懸空安裝，使得前側(cè)的間隔縫隙與后側(cè)空間的集液槽(3)相通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集水器，其特征在于，還利用風(fēng)扇(8)強(qiáng)化空氣對(duì)流。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集水器，其特征在于，集水器包括梯度孔徑親水多孔泡沫(I)、疏水多孔泡沫(2)、集液槽(3)、防護(hù)罩(4)、多孔泡沫固定結(jié)構(gòu)(5)、風(fēng)扇(8)和出水口(9);所述防護(hù)罩(4)中填充有梯度孔徑親水多孔泡沫(I)和疏水多孔泡沫(2)，疏水多孔泡沫(2)與梯度孔徑親水多孔泡沫(I)之間設(shè)置有多孔泡沫固定結(jié)構(gòu)(5);所述風(fēng)扇(8)設(shè)置于集液槽(3)頂部，同時(shí)與所有孔隙聯(lián)通。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集水器，其特征在于，所述梯度孔徑親水多孔泡沫(I)和疏水多孔泡沫(2)的形狀為板式;此時(shí)，將梯度孔徑親水多孔泡沫(I)和疏水多孔泡沫(2)作為單元組，兩個(gè)單元組背靠背排列固定，并在中間孔隙處設(shè)置集液槽(3)，集液槽(3)下方設(shè)置有出水口(9)，將底部匯聚的冷凝液(7)導(dǎo)出;頂部設(shè)置的風(fēng)扇(8)同時(shí)與所有孔隙聯(lián)通。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集水器，其特征在于，所述梯度孔徑親水多孔泡沫(I)和疏水多孔泡沫(2)的形狀為圓筒式;此時(shí)，只有一對(duì)由梯度孔徑親水多孔泡沫(I)和疏水多孔泡沫(2)組成的單元組，梯度孔徑親水多孔泡沫(I)作為集水器外壁，疏水多孔泡沫(2)作為集水器內(nèi)壁，在疏水多孔泡沫(2)圍成的圓筒集水器內(nèi)壁內(nèi)側(cè)的空間上下底面分別設(shè)置風(fēng)扇(8)和集液槽(3)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集水器，其特征在于，梯度孔徑親水多孔泡沫(I)和疏水多孔泡沫(2)均為通孔材料，梯度孔徑親水多孔泡沫(I)和疏水多孔泡沫(2)的材質(zhì)均為導(dǎo)熱、散熱性能良好的金屬泡沫，或本身即具有孔隙的陶瓷泡沫。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集水器，其特征在于，所述梯度孔徑親水多孔泡沫(I)的梯度是指多孔結(jié)構(gòu)孔尺寸上的梯度，親水性的梯度，或孔徑和親水性同時(shí)存在的梯度。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的集水器，其特征在于，所述多孔結(jié)構(gòu)孔尺寸上的梯度，可以是多層不同孔徑的泡沫材料按照孔隙尺寸大小依次排列，組合成梯度孔隙換熱面;也可以是在泡沫材料制備時(shí)，利用不同粒徑粉末、空心球按一定尺寸依次排布燒結(jié)制備而成的一個(gè)整體。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集水器，其特征在于，所述梯度孔徑親水多孔泡沫(I)的親水處理方式為化學(xué)氧化法或高溫?zé)Y(jié)法。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集水器，其特征在于，所述疏水多孔泡沫(2)的疏水處理方式為氣相沉積法或液相沉積法。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集水器，其特征在于，所述集液槽(3)為中間凹陷的溝槽結(jié)構(gòu)。12.權(quán)利要求1所述的集水器在集水方面的應(yīng)用，其特征在于，濕空氣按照濕空氣流動(dòng)方向(6)流經(jīng)集水器，首先通過(guò)防護(hù)罩(4)，然后與梯度孔徑親水多孔泡沫(I)表面接觸，在親水表面的作用下，濕空氣中的霧氣發(fā)生冷凝，形成的冷凝液(7)在梯度孔徑親水多孔泡沫(1)的作用下被吸入孔隙內(nèi)，并在梯度孔徑親水多孔泡沫(I)的末端匯聚，受疏水多孔泡沫(2)的排斥作用，冷凝液(7)從孔隙處滴落，并匯集于集液槽(3)。13.權(quán)利要求2-5任一項(xiàng)所述的集水器在集水方面的應(yīng)用，其特征在于，在風(fēng)扇(8)抽離空氣的強(qiáng)制對(duì)流下，濕空氣沿濕空氣流動(dòng)方向(6)從環(huán)境側(cè)進(jìn)入集水器，首先通過(guò)防護(hù)罩(4)，然后與梯度孔徑親水多孔泡沫(I)表面接觸，在親水表面的作用下，濕空氣中的霧氣發(fā)生冷凝，形成的冷凝液(7)在梯度孔徑親水多孔泡沫(I)的作用及風(fēng)扇(8)的抽吸下被吸入孔隙內(nèi)，并在梯度孔徑親水多孔泡沫(I)的末端匯聚;受疏水多孔泡沫(2)的阻擋及重力作用，冷凝液(7)從孔隙處滴落，并匯集于集液槽(3)，最終通過(guò)出水口(9)排出；失去霧氣而形成的干空氣則直接通過(guò)疏水多孔泡沫(2)并被風(fēng)扇(8)抽走。
【文檔編號(hào)】F28B5/00GK105973021SQ201610354193
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月25日
【發(fā)明人】陳宏霞, 黃林濱, 宮逸飛
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué)