本申请公开了基于功能表面上冷凝液滴自发弹跳的空气净化方法及装置。本方法利用功能表面的强化超疏水特性，使环境水汽在热交换器的低温功能表面冷凝形成液滴时实现自发弹跳，以此向空气中持续、高效地弹射微小液滴。该方法通过模拟降雨过程来吸附、团聚和移除室内空气中的气溶胶颗粒。冷凝液滴在凝结和弹跳的过程中可获得高密度的表面能、动能和电能等微能量，通过惯性碰撞、拦截和热泳等捕集机制的协同作用，形成对空气中悬浮颗粒的高效捕集。冷凝液滴自发生成的过氧化氢还具有消毒杀菌的净化功能，可降低病毒、细菌在室内的传播风险。本方法为室内空气和新风的净化提供一种低成本、高效率、无需过滤部件和额外能耗的新方案。无需过滤部件和额外能耗的新方案。无需过滤部件和额外能耗的新方案。
【技术实现步骤摘要】
基于功能表面上冷凝液滴自发弹跳的空气净化方法及装置
[0001]本申请涉及空气净化的
，尤其涉及基于功能表面上冷凝液滴自发弹跳的空气净化方法及装置。
技术介绍
[0002]悬浮在空气中的PM2.5颗粒物非常容易吸附有毒有害物质 (如重金属、微生物、芳香族化合物等)，并能通过呼吸深入人的肺部，进而影响呼吸及心血管系统，对人体健康的危害极大。目前降低室内悬浮颗粒浓度的方法主要包括介质过滤和静电过滤两种技术，但在长期运行过程中需要持续地投入能源驱动、定期的清理维护或更换过滤部件，这并不利于国家节能减排战略的实施。
[0003]降雨是自然界净化空气、从大气生态圈中移除悬浮颗粒物最简单和最直接的一种方式，模仿大自然降雨过程的湿法除尘技术早已被广泛应用于脱除工业废气中超细颗粒。然而，常用的水蒸气凝结和水雾喷淋方法需要消耗大量的水资源、热能或电能，限制了湿法除尘技术在室内空气净化领域的应用。
[0004]近年来，人们对健康安全的要求日益提高，国家不断强调协同推进全社会的节能降耗与污染防治工作。因此，亟需一种低成本、高效、节能的新型室内空气净化技术。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，本申请提供基于功能表面上冷凝液滴自发弹跳的空气净化方法及装置，能够为室内空气和新风的净化提供一种低成本、高效率、无需过滤部件和额外能量消耗的新方案。
[0006]第一方面，本申请提供一种基于功能表面上冷凝液滴自发弹跳的空气净化方法，在热交换器吸热部件外部构建功能表面，利用温度较低的功能表面上冷凝液滴自发弹跳的现象模拟降雨过程以吸附、团聚和移除空气中的气溶胶颗粒，实现对室内空气和新风的净化。
[0007]可选地，所述功能表面用以使微小冷凝液滴自发弹跳，包括具有混合润湿特性的二元表面以及具有纳米结构或微纳米层级结构的超疏水表面。
[0008]以此，冷凝液滴合并时形成的亚稳态液桥撞击功能表面，导致液滴获得向上运动的有效动能，进而促进液滴的自发弹跳并提升表面的冷凝换热速率。
[0009]可选地，所述热交换器在工作时吸热部件的温度低于环境。
[0010]可选地，所述热交换器包括空调、除湿器或冷风机。
[0011]以此，在热交换器吸热部件外部构建功能表面，第一方面利用环境和低温功能表面的温差即可实现冷凝液滴自发弹跳现象，大幅降低对高品位能源和水资源的消耗；第二方面，功能表面可以大幅降低水汽在表面上凝结成核的壁垒，还可以调控液滴的凝结位置来减少界面粘附力，有效提升液滴的冷凝速率和自弹跳能力；第三方面，在低湿度环境中仍然可以持续、高效地生成微尺度弹跳冷凝液滴，以模拟降雨过程；第四方面，浸润性和层级
结构影响液滴和表面的界面热阻，且微小液滴可以通过弹跳脱离表面，在低温环境下可起到防结冰的作用，而不会降低冷凝换热效率；第五方面，无需独立的空气净化器。
[0012]可选地，所述功能表面上自发弹跳的冷凝液滴的尺度仅为10~100 μm，具有高密度的表面能。
[0013]可选地，所述功能表面上自发弹跳的冷凝液滴在水汽凝结和弹跳的过程中获得了高密度的电能，荷质比超过100 C/kg。
[0014]可选的，所述功能表面上的冷凝液滴在水汽凝结和弹跳的过程中自发生成了过氧化氢。
[0015]以此，弹跳冷凝液滴通过强静电吸附作用与热泳力和扩散泳力等捕集机制的耦合，以及多液滴间的相互作用，大幅提升对空气中气溶胶颗粒的捕集效率。冷凝液滴自发生成的过氧化氢还可对病房、手术室等室内空气进行消毒杀菌，降低病毒、细菌在室内的传播风险。
[0016]第二方面，本申请提供基于功能表面上冷凝液滴自发弹跳的空气净化装置，在热交换器吸热部件外部设置有可以使冷凝液滴自发弹跳的功能表面，所述功能表面的温度较周围环境低，直至使冷凝液滴自发弹跳的现象模拟降雨过程来吸附、团聚和移除空气中的气溶胶颗粒。
[0017]第三方面，本申请提供一种空调系统，包括室内机蒸发器，所述室内机蒸发器外部设置有可以使冷凝液滴自发弹跳的功能表面，所述功能表面的温度较周围环境低，直至使冷凝液滴自发弹跳的现象模拟降雨过程来吸附、团聚和移除空气中的气溶胶颗粒。
[0018]第四方面，本申请提供一种空调系统，包括室外机冷凝器，所述室外机冷凝器外部设置有可以使冷凝液滴自发弹跳的功能表面，所述功能表面的温度较周围环境低，直至使冷凝液滴自发弹跳的现象模拟降雨过程来吸附、团聚和移除空气中的气溶胶颗粒。
[0019]第五方面，本申请提供一种除湿器，包括除湿器蒸发器，所述除湿器蒸发器外部设置有可以使冷凝液滴自发弹跳的功能表面，所述功能表面的温度较周围环境低，直至使冷凝液滴自发弹跳的现象模拟降雨过程来吸附、团聚和移除空气中的气溶胶颗粒。
[0020]本申请具有以下有益效果：1. 利用环境和室内热交换器（如空调、除湿设备等）吸热部件的温差，在低湿度环境中仍可持续、高效地在低温功能表面生成冷凝弹跳液滴，实现模拟降雨除尘，无需额外空气净化器、过滤部件和人工维护，大幅降低对高品位能源和水资源的消耗。
[0021]2. 冷凝液滴在水汽凝结和自发弹跳的过程中获得了高密度的表面能、动能、电能和化学能等微能量，通过强静电吸附作用、热泳力和扩散泳力等捕集机制的耦合，以及多液滴间的相互作用，可大幅提升颗粒捕集效率，实现高效的空气净化。
[0022]3. 冷凝液滴自发生成过氧化氢，可对病房、手术室等室内空气进行消毒杀菌，降低病毒、细菌在室内的传播风险，是一种无异味、零成本、普适性高的空气消毒杀菌方法。
[0023]4. 在热交换器吸热部件外部构建功能表面，混合润湿性和层级结构影响液滴和表面的界面热阻，且微小液滴可以通过弹跳脱离表面，在低温环境下可起到防结冰的作用，而不会降低冷凝换热效率。
附图说明
[0024]下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
[0025]图1 为本申请功能表面的扫描显微镜图像。
[0026]图2 为本申请利用具有多能量特性的弹跳冷凝液滴捕集悬浮微颗粒的示意图。
[0027]图3 为本申请弹跳冷凝液滴相变界面的多种颗粒捕集机制的示意图。
[0028]图4 为本申请弹跳冷凝液滴捕获气体悬浮微颗粒的过程示意图。
[0029]图5 为本申请功能表面强化冷凝和防结冰的原理图。
[0030]图6 为本申请利用空调进行空气净化的实施例的结构示意图。
[0031]图7 为本申请利用除湿器进行空气净化的实施例的结构示意图。
[0032]其中，图中元件标识如下：1
‑
功能表面；11
‑
二元表面；12
‑
纳米薄片超疏水表面；13
‑
纳米棒超疏水表面；14
‑
超疏水纳米线；15
‑
亲水微米柱阵列；2
‑
冷凝液滴；21
‑
正电荷；22
‑
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于功能表面上冷凝液滴自发弹跳的空气净化方法，其特征在于，在热交换器的吸热部件外部构建功能表面，利用温度较低的功能表面上冷凝液滴自发弹跳的现象模拟降雨过程来吸附、团聚和移除空气中的气溶胶颗粒，实现对室内空气和新风的净化。2.根据权利要求1所述空气净化方法，其特征在于，所述功能表面用以使微小冷凝液滴自发弹跳，包括具有混合润湿特性的二元表面以及具有纳米结构或微纳米层级结构的超疏水表面。3.根据权利要求1所述空气净化方法，其特征在于，所述热交换器在工作时吸热部件的温度低于环境。4.根据权利要求1所述空气净化方法，其特征在于，所述热交换器包括空调、除湿器或冷风机。5.根据权利要求1所述空气净化方法，其特征在于，所述功能表面上自发弹跳的冷凝液滴的尺度为10～100μm，具有高密度的表面能。6.根据权利要求1所述空气净化方法，其特征在于，所述功能表面上自发弹跳的冷凝液滴在水汽凝结和弹跳的过程中获得了高密度的电能，荷质比超过100C/kg；优选地，所述功能表面上的冷凝液滴在水汽凝结和弹跳的过程中自发生成了...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯佑民，秦汉时，吴晨辉，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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