一种超疏水/亲水表面的管壳式换热器制造技术

本发明专利技术公开了一种超疏水/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。本发明专利技术结构简单，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。

A tube and shell heat exchanger with super hydrophobic / hydrophilic surface

The invention discloses a tube and shell heat exchanger of super hydrophobic / hydrophilic surface, including a shell, a first tube plate, a second tube plate, a first seal head and a second seal head, and a heat transfer tube arranged in the shell. The heat transfer tube is respectively connected with the inner cavity of the first seal head and the second seal head, and the surface of the heat exchange tube is covered with a certain number of surfaces. A patterned surface of a superhydrophobic area and a super hydrophilic interval distribution is arranged in the shell with a first wave type transverse plate and a second wave type transverse plate along the upper and lower plane of the length direction, and a baffle plate is arranged between the first wave type transverse plate and the second wave type transverse plate. The structure of the invention is simple and easy to maintain. The super hydrophobic / hydrophilic surface coating structure can significantly improve the heat transfer coefficient of the tube bundle, strengthen the heat transfer effect, and reduce the pressure drop and flow resistance to the maximum limit, and help to eliminate the \dead zone\, increase the heat exchange area, improve the heat exchange efficiency, high temperature and high pressure, and heat transfer even and steadily. Good quality.

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水/亲水表面的管壳式换热器
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术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，本专利技术采取以下技术方案：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。进一步地，所述第一波浪型横板远离壳侧冷却液出口管的一端通过螺纹固定在第一管板上，另一端与折流板相连接；所述第二波浪型横板远离壳侧冷却液进口管的一端通过螺纹固定在第二管板上，另一端与折流板相连接。进一步地，所述第一波浪型横板连接第一管板的一端均匀设置有若干通孔，所述第二波浪型横板连接第二管板的一端均匀设置有若干通孔。进一步地，所述第一管板和第二管板通过法兰分别与第一封头和第二封头紧固连接。本专利技术相比现有技术，其具有以下优点：1.本专利技术的超疏水/亲水表面涂层结构为化学组成不均匀表面，涂层表面具有微纳米结构，相较传统的光刻胶技术、刻蚀技术、压印技术等方法，具有操作简单、涂层表面光滑，不易沉积污垢，接触状态稳定不坍塌等优点。2.本专利技术的超疏水/亲水表面涂层结构能够实现超疏水区域的接触角维持在150°～180°范围内，超亲水区域接触角维持在0°～30°范围内，具有超疏水/亲水区域规则排列的表面的传热系数高于均一润湿性表面，由于疏水区域提高了成核效率，疏水区域周围的亲水区域有效的驱赶饱和气泡，阻止了气泡占据表面，从而有效降低气泡层形成的热阻，提高对流换热效率，对制备的超疏水/亲水涂层表面进行测试，传热系数高达100kw/(m2k)。3.本专利技术设计的波浪型横板能够有效的对壳内流体起到导流和扰动的作用。当冷却液体从壳侧的进口管进入时，沿着折流板流动到达两侧的壳体，波浪型横板可以很好的减缓流速损失，使冷却液维持较高的流速流动，降低了换热器的压降差和加剧了冷却液在壳内的湍流程度，有利于热量传递；同时由于波浪型横板的引流导向作用，大大降低了壳内的流动“死区”，以及增大了冷却液体与外界环境的接触面积，有效提高了管壳式换热器的换热效果。4.上下两侧的波浪型横板在固定端有设置有通孔，可以使冷却液分成两个流动路径，同时提高湍流程度，增大换热面积。附图说明图1为本专利技术较佳实施例的管壳式换热器的结构示意图。图2为波浪型横板的结构示意图。图3为超疏水/亲水表面涂层结构实施例示意图(正六角形)。图4为超疏水/亲水表面涂层结构另一实施例示意图(长条形)。图中：1-出口端；2-进口端；3-第一封头；4-第二封头；5-第一管板；6-第二管板；7-壳侧冷却液进口管；8-壳侧冷却液出口管；9-换热管束；10-壳体；11-折流板；12-第一波浪型横板；13-第二波浪型横板；14-折流板固定杆。具体实施方式下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步具体详细描述。如图1所示，一种超疏水/亲水表面的管壳式换热器，包括一壳体10，在所述壳体10的两端分别通过第一管板5和第二管板6并利用法兰连接第一封头3和第二封头4，在所述的壳体10一端的底部设置有壳侧冷却液进口管7，在壳体另一端的顶部设置有壳侧冷却液出口管8，在第一封头3和第二封头4的水平两端分别设置热流体的进口端2和出口端1，壳体10内设有多个互相平行的换热管束9，所述换热管束的两端共同连接在第一管板5和第二管板6上，所述换热管束9的两端开口分别与第一封头3和第二封头4的内腔连通；所述的换热管束9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10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12、第二波浪型横板13，所述第一管板5和第二管板6之间固定设置有折流板固定杆14，所述第一波浪型横板12、第二波浪型横板13之间设置有多组交错分布的弓形折流板11，所述折流板11沿长度方向固定在所述折流板固定杆14上，使冷却液在第一波浪型横板12、第二波浪型横板13之间折回流动，所述换热管束穿过所述折流板11。具体而言，所述的几何形状包括长条形(见图4)、圆形、正方形、三角形、正六边形(见图3)、正五边形或多边形。所述超疏水区与超亲水区的宽度比值为1～3。所述超疏水区、超亲水区的厚度为10nm～100nm。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°。所述第一波浪型横板12远离壳侧冷却液出口管8的一端通过螺纹固定在第一管板5上，另一端与折流板11相连接；所述第二波浪型横板13远离壳侧冷却液进口管7的一端通过螺纹固定在第二管板6上，另一端与折流板11相连接。如图2所示，在本专利技术一个可行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超疏水/亲水表面的管壳式换热器，包括一壳体（10），在所述壳体（10）的两端分别通过第一管板（5）和第二管板（6）连接第一封头（3）和第二封头（4），在所述的壳体（10）一端的底部设置有壳侧冷却液进口管（7），在壳体另一端的顶部设置有壳侧冷却液出口管（8），在第一封头（3）和第二封头（4）的水平两端分别设置热流体的进口端（2）和出口端（1），所述壳体（10）内设有多个互相平行的换热管束（9），所述换热管束的两端共同连接在第一管板（5）和第二管板（6）上，所述换热管束（9）的两端开口分别与第一封头（3）和第二封头（4）的内腔连通；其特征在于：所述的换热管束（9）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（10）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（12）、第二波浪型横板（13），所述第一波浪型横板（12）、第二波浪型横板（13）之间设置有折流板（11），使冷却液在第一波浪型横板（12）、第二波浪型横板（13）之间折回流动，所述换热管束穿过所述折流板（11）。

【技术特征摘要】
1.一种超疏水/亲水表面的管壳式换热器，包括一壳体（10），在所述壳体（10）的两端分别通过第一管板（5）和第二管板（6）连接第一封头（3）和第二封头（4），在所述的壳体（10）一端的底部设置有壳侧冷却液进口管（7），在壳体另一端的顶部设置有壳侧冷却液出口管（8），在第一封头（3）和第二封头（4）的水平两端分别设置热流体的进口端（2）和出口端（1），所述壳体（10）内设有多个互相平行的换热管束（9），所述换热管束的两端共同连接在第一管板（5）和第二管板（6）上，所述换热管束（9）的两端开口分别与第一封头（3）和第二封头（4）的内腔连通；其特征在于：所述的换热管束（9）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（10）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（12）、第二波浪型横板（13），所述第一波浪型横板（12）、第二波浪型横板（13）之间设置有折流板（11），使冷却液在第一波浪型横板（12）、第二波浪型横板（13）之间折回流动，所述换热管束穿过所述折流板（11）。2.根据权利要求1所述的超疏水/亲水表面的管壳式换热器，其特征在于：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。3.根据权利要求1所述的超疏水/亲水表面的管壳式换热器，其特征在于：所述超疏水区与超亲水区的宽度比值为1:3～3:1。4.根据权利要求1所述的超疏水/亲水表面的管...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋翔，赵飞，孙敬知，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44