[发明专利]强化冷凝换热的疏水基板及装置与方法

说明书

强化冷凝换热的疏水基板及装置与方法，强化冷凝换热的疏水基板包括基底和凸起，所述凸起设置在所述基底的表面，部分所述凸起的表面加工为亲水表面，所述凸起的高度差为自身高度的五分之一以内，且所述凸起的高度为5微米至40微米，相邻之间的所述凸起的间距为10微米至100微米。该强化冷凝换热的疏水基板通过凸起的亲水表面促进冷凝过程中冷凝液滴的成核。

技术领域

本发明涉及强化冷凝换热技术领域，具体涉及强化冷凝换热的疏水基板及装置与方法。

背景技术

冷凝过程中液滴的成核和生成液滴的排出广泛存在于自然界及工业生产和科学研究中，在能源、化工、医疗、海水淡化、液滴收集、分子生物学等领域具有广泛应用。例如在冷凝设备中，滴状冷凝过程主要包括液滴生成(成核)、液滴生长、以及液滴脱离三个过程。如何促进液滴的成核以及生成液滴的及时脱离，是强化冷凝换热过程、提高冷凝设备效率需要解决的关键技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供强化冷凝换热的疏水基板及装置与方法，该强化冷凝换热的疏水基板及装置与方法能够有效的促进冷凝过程中冷凝液滴的成核过程，同时促进生成冷凝液滴的运动，使生成的冷凝液滴及时排出，从而促进冷凝换热过程。其技术方案如下：

强化冷凝换热的装置，包括疏水基板，疏水基板表面为疏水表面；

疏水基板设有多个位于疏水基板表面上的亲水人工核化点，亲水人工核化点表面为亲水表面；

在疏水基板的表面上，冷凝液滴在疏水基板长度方向上的一侧所处的位置或靠近疏水基板中部的一侧所处的位置或远离疏水基板中部的一侧所处的位置为第一侧位，冷凝液滴的另一侧所处的位置为第二侧位，第一侧位内含有的亲水人工核化点的面积与第一侧位总面积之比为第一面积分数，第二侧位内含有的亲水人工核化点的面积与第二侧位总面积之比为第二面积分数，第一面积分数大于第二面积分数。

多个亲水人工核化点分别排成相互平行且与冷凝液滴的运动方向垂直的人工核化列，亲水人工核化点分布的密度沿与人工核化列垂直的方向逐渐增大。

同一人工核化列内的亲水人工核化点均匀分布。

亲水人工核化点的分布密度由中部向四周逐渐减小或增大。

疏水基板表面为润湿梯度表面，疏水基板表面亲水性增大的方向与第一侧位朝向第二侧位的方向的夹角大于90°。

疏水基板表面为超疏水表面。

所述疏水基板包括基底和凸起，所述凸起设置在所述基底的表面，部分所述凸起的表面加工为亲水表面，所述凸起的高度差为自身高度的五分之一以内，且所述凸起的高度为5微米至40微米，相邻之间的所述凸起的间距为10微米至100微米。

所述凸起为圆柱形，所述凸起的直径为5至15微米。

所述第二侧位的所述凸起之间的间距，大于位于所述第一侧位的所述凸起之间的间距。

由所述第二侧位向所述第一侧位间的过渡的方向为梯度方向，所述梯度方向上的所述凸起之间的间距差相同或逐渐减小，且呈等差减小。

所述第一侧位内含有的具有亲水表面的所述凸起的数量与第一侧位总面积之比为第一数量分数；所述第二侧位内含有的具有亲水表面的所述凸起的数量与第二侧位的面积之比为第二数量分数，所述第一数量分数比所述第二数量分数大。

位于所述第二侧位的所述凸起之间的间距，大于位于所述第一侧位的所述凸起之间的间距。

所述凸起的高度为15微米至25微米，相邻之间的所述凸起的间距为20微米至70微米。

所述凸起的高度为20微米，相邻之间的所述凸起的间距为20微米或25微米或30微米或35微米或40微米。

强化冷凝换热的方法，包括以下步骤，