[发明专利]一种超疏水/亲水表面的管壳式换热器

说明书

本发明公开了一种超疏水/亲水表面的管壳式换热器，包括壳体，第一管板、第二管板、第一封头和第二封头、设置在壳体内的换热管束，所述换热管束分别与第一封头和第二封头的内腔连通；所述换热管束的表面覆盖有一定几何形状的超疏水区、超亲水区间隔分布的图案化表面，所述壳体内沿长度方向上下平线设置有错开一定距离的第一波浪型横板、第二波浪型横板，所述第一波浪型横板、第二波浪型横板之间设置有折流板。本发明结构简单，易于维护，超疏水/亲水表面涂层结构能够显著提高管束传热系数，强化传热效果；同时最大限度的降低压降和流动阻力，有助于消除流动“死区”，增大换热面积，提高换热效率，耐高温高压，换热均匀且稳定性好。

技术领域

本发明涉及一种换热器和强化传热与节能技术，尤其涉及一种超疏水/亲水高效传热涂层的制备和新型结构的管壳式换热器。

背景技术

换热器作为一种热交换设备，在化工、航天、制冷、冶金等诸多行业都有广泛的应用。相较其他类型换热器，管壳式换热器具有技术成熟，结构可靠、易于维护等特点，在工业生产中的应用最多。换热器由于使用条件的多样性(腐蚀性、温度、压力、介质、杂质、热交换量等)，需要对其进行合理的结构设计和优化。管壳式换热器是目前应用最广泛的传热设备之一，是一种在不同温度的流体间实现物料之间热量传递的节能设备，将温度较高的流体通过热传导和热对流传递给温度较低的流体，是提高能源利用率的主要设备之一。

根据管程和壳程流体运动方向的不同，管壳式换热器可以分为横流、纵流换热器。横流式管壳式换热器应制备工艺成熟，发展时间长，被广泛应用。但是横流管壳式换热器存在压降大、易发生振动以及不可避免出现流动死区等不足，从而导致横流管壳式换热器的运行成本大和维修周期短。

传统的传热管束材料多为铜材质或不锈钢材质，传热效率有限，在传热过程中，温度较高的液体向温度较低的液体传递热量，使其温度快速升高，会产生大量的气泡，附着在管束四周，气泡占据整个传热管束形成一层气泡层，而气泡层的存在造成换热不均匀，增加了换热器的热阻，大大降低传热系数。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种换热均匀、稳定性好、以及消除流动死区的超疏水/亲水表面的管壳式换热器。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种超疏水/亲水表面的管壳式换热器，包括一壳体，在所述壳体的两端分别通过第一管板和第二管板连接第一封头和第二封头，在所述的壳体一端的底部设置有壳侧冷却液进口管，在壳体另一端的顶部设置有壳侧冷却液出口管，在第一封头和第二封头的水平两端分别设置热流体的进口端和出口端，壳体内设有多个互相平行的换热管束，所述换热管束的两端共同连接在第一管板和第二管板上，所述换热管束的两端开口分别与第一封头和第二封头的内腔连通；

所述的换热管束的表面覆盖有一定几何形状的超疏水区、超亲水区间隔分布的图案化表面，所述壳体内沿长度方向上下平线设置有错开一定距离的第一波浪型横板、第二波浪型横板，所述第一波浪型横板、第二波浪型横板之间设置有折流板，使冷却液在第一波浪型横板、第二波浪型横板之间折回流动，所述换热管束穿过所述折流板。

进一步地，所述的几何形状包括长条形、圆形、正方形、三角形、正六边形、正五边形或多边形。

进一步地，所述超疏水区与超亲水区的宽度比值为1:3～3:1。

进一步地，所述超疏水区、超亲水区的厚度为10nm～100nm。

进一步地，冷却液在所述超亲水区表面的接触角为0°～30°，在所述超疏水区表面的接触角为150°～180°。

进一步地，所述第一管板和第二管板之间固定设置有折流板固定杆，所述折流板沿长度方向固定在所述折流板固定杆上。

进一步地，所述的折流板为螺旋折流板或多组交错分布的弓形折流板。