CN109269327B - 换热单元及换热矩阵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换热器技术领域，公开了一种换热单元，包括机身壳体以及设置在机身壳体内的换热器；机身壳体上至少设置有两组接口群，每组接口群至少包括作为换热器的高温能量媒介的入口和出口的接口、作为换热器的低温能量媒介的入口和出口的接口。传输同种能量媒介的接口在换热单元内部相互导通。用户只需要将多个标准化的换热单元进行组合，即可形成大换热功率的换热矩阵。在生产中，只需要生产标准化的换热单元即可，提高了生产效率、降低了制造成本和生产周期。本发明还公开了一种换热矩阵。

Description

换热单元及换热矩阵

本申请为申请号为“2016109018033”、申请日为“2016年10月17日”、发明创造名称为“换热单元及换热矩阵”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种换热单元以及由若干换热单元构成的换热矩阵。

背景技术

换热器是把高温流体的部分热量传递给低温流体的设备，也叫热交换器，它是化工、石油、动力、食品、医药等工业部门的通用设备，在工业生产中占据重要地位，其应用十分广泛。

然而现有的换热器普遍需要依据实际使用时的换热功率需求情况进行定制。这导致换热器的生产效率低、制造成本高、生产周期长。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够相互组合的换热单元。用户只需要将多个标准化的换热单元进行组合，即可形成大换热功率的换热矩阵。在生产中，只需要生产标准化的换热单元即可，提高了生产效率、降低了制造成本和生产周期。

本发明的另一个目的在于提供一种由若干个上述的换热单元组合形成的换热矩阵。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

换热单元，包括机身壳体以及设置在机身壳体内的换热器；机身壳体上至少设置有两组接口群，每组接口群至少包括作为换热器的高温能量媒介的入口和出口的接口、作为换热器的低温能量媒介的入口和出口的接口。传输同种能量媒介的接口在换热单元内部相互导通。

相邻的换热单元能够通过接口相互连接，使得任意数量的换热单元能够通过接口彼此插接构成换热矩阵。

换热器为管壳式换热器或板式换热器。

用户根据实际需要，利用接口群中的接口，将任意数量的换热单元彼此插接构成大型的换热矩阵，其扩展性强。进而在生产中，只需要生产标准化的换热单元即可，提高了生产效率、降低了制造成本和生产周期。

在本发明的一种实施例中，机身壳体具备至少两个组合面；每个组合面上设有一组接口群。相邻的换热单元能够通过组合面上的接口相互连接。

在本发明的一种实施例中，换热单元的组合面用于与相邻的换热单元的组合面相互紧密贴合，以构成换热矩阵。

在本发明的一种实施例中，组合面为偶数个，组合面两两相对设置。

在本发明的一种实施例中，相对的组合面上的接口的位置相互镜像对称，使得一个换热单元与另一个换热单元相互连接时，两个换热单元相应组合面上的传输同种能量媒介的接口相互正对。

在本发明的一种实施例中，机身壳体至少具备在垂直方向上相对的两个组合面；使得一个换热单元在垂直方向与另一个换热单元相互连接时，两个换热单元相应组合面上的传输同种能量媒介的接口相互正对。

在本发明的一种实施例中，机身壳体至少具备在水平方向上相对的两个组合面；使得一个换热单元在水平方向与另一个换热单元相互连接时，两个换热单元相应组合面上的传输同种能量媒介的接口相互正对。

在本发明的一种实施例中，机身壳体为长方体，组合面为机身壳体的6个表面。

在本发明的一种实施例中，6个组合面上接口的位置分布方式为：上下组合面的接口相互镜像对称；左右组合面的接口相互镜像对称，前后组合面的接口相互镜像对称。

在本发明的一种实施例中，换热单元的组合面用于与相邻的换热单元的组合面相互紧密贴合，以构成换热矩阵。

在本发明的一种实施例中，高温能量媒介为高温流体；低温能量媒介为低温流体。接口为流体接口。

在本发明的一种实施例中，高温流体为高温液体或高温气体；低温流体为低温液体或低温气体。

在本发明的一种实施例中，接口包括插座与插头；插座固定在换热单元的机身壳体上。插头端部设有倒勾和O型密封圈。倒勾插入并卡合在插座的内壁，形成自锁结构。O型密封圈垫设在插头与插座之间，用于达到密封的目的。

在本发明的一种实施例中，还包括活动接头，活动接头分别为二通接头和截止接头两种结构。二通接头两端构成插头；截止接头，一端构成插头，另一端封闭。

在本发明的一种实施例中，还包括能量媒介管道系统。能量媒介管道系统将不同接口群里传输同种能量媒介的接口相互连通，使得换热单元通过任何一个接口群均可同时或分别引入引出能量媒介。

在本发明的一种实施例中，能量媒介管道系统设置在机身壳体内，并与机身壳体形成一个整体。

在本发明的一种实施例中，能量媒介管道系统包括高温能量媒介进入管、高温能量媒介排出管、低温能量媒介进入管、低温能量媒介排出管；

高温能量媒介进入管连接高温能量媒介入口以及换热器的高温能量媒介通道的入口；

高温能量媒介排出管连接高温能量媒介出口以及换热器的高温能量媒介通道的出口；

低温能量媒介进入管连接低温能量媒介入口以及换热器的低温能量媒介通道的入口；

低温能量媒介排出管连接低温能量媒介出口以及换热器的低温能量媒介通道的出口。

换热矩阵，包括若干个上述任意一种换热单元。

本发明的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

本发明实施例提供的换热单元，能够彼此插接形成大型的换热矩阵，其扩展性强。用户能够根据实际需要，选用任意数量的换热单元构成大型的换热矩阵。进而在生产中，无需按用户需求定制，只需要生产标准化的换热单元即可，提高了生产效率、降低了制造成本和生产周期。

本发明实施例提供的换热矩阵，能够根据需要，自由增减换热单元的数量，其扩展性强。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例中需要使用的附图作简单介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施方式，不应被看作是对本发明范围的限制。对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的情况下，能够根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的换热单元的立体结构示意图；

图2为本发明实施例中管壳式换热器的内部结构示意图；

图3为本发明实施例中换热单元的装配爆炸示意图；

图4为本发明实施例中接口的结构示意图；

图5为本发明实施例中两个换热单元对应的接口相互连接时的状态图；

图6为本发明实施例中换热单元的接口封闭时的状态图；

图7为本发明实施例中换热矩阵的结构示意图。

图中：10-换热单元；110-机身壳体；120-上组合面；121-高温能量媒介入口；122-高温能量媒介出口；123-低温能量媒介入口；124-低温能量媒介出口；130-左组合面；140-下组合面；150-右组合面；151-高温能量媒介入口；152-高温能量媒介出口；153-低温能量媒介入口；154-低温能量媒介出口；200-管壳式换热器；210-管壳式换热器壳体；211-低温能量媒介通道；212-第一通孔；213-第二通孔；220-换热管；221-高温能量媒介通道；301-凸起；310-高温能量媒介进入管；320-高温能量媒介排出管；330-低温能量媒介进入管；340-低温能量媒介排出管；410-插座；411-固定凸起；420-二通接头；430-O型密封圈；440-插头；441-倒钩；450-截止接头；20-换热矩阵。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

现有的换热器普遍需要依据实际使用时的热交换情况进行定制。这导致换热器的生产效率低、制造成本高、生产周期长。

为此，下面的实施例提供一种换热单元，这样的换热单元能够彼此插接形成大型的换热矩阵，其扩展性强。用户能够根据实际需要，选用任意数量的换热单元构成大型的换热矩阵。进而在生产中，无需按用户需求定制，只需要生产标准化的换热单元即可，提高了生产效率、降低了制造成本和生产周期。

实施例：

请参照图1，图1为本发明实施例提供的换热单元10的立体结构示意图。换热单元10包括为长方体结构的机身壳体110。在机身壳体110内部设置有换热器。在本实施例中，换热器为管壳式换热器200(管壳式换热器200在图2和图3中示出)。

请参照图2，图2示出了管壳式换热器200的内部结构。管壳式换热器200包括管壳式换热器壳体210以及若干个设置在管壳式换热器壳体210内的换热管220。换热管220的两端贯穿管壳式换热器壳体210并暴露在管壳式换热器壳体210外。换热管220构成管壳式换热器200的管程。在本实施例中，管壳式换热器200的管程为高温能量媒介通道221。换热管220的两端风别构成高温能量媒介通道221的进口和出口。管壳式换热器壳体210与换热管220之间的空间构成管壳式换热器200的壳程。在本实施例中，管壳式换热器200的壳程为低温能量媒介通道211。在管壳式换热器壳体210上开设有第一通孔212和第二通孔213。第一通孔212作为低温能量媒介通道211的进口，第二通孔213作为低温能量媒介通道211的出口。这样，高温能量媒介通过高温能量媒介通道221的进口进入高温能量媒介通道221，低温能量媒介通过第一通孔212进入低温能量媒介通道211。高温能量媒介和低温能量媒介在管壳式换热器200中进行热交换。然后，高温能量媒介通过高温能量媒介通道221的出口导出，低温能量媒介通过第二通孔213导出。在本实施例中：高温能量媒介为高温流体，具体为高温液体或高温气体；低温能量媒介为低温流体，具体为低温液体或低温气体。所谓“高温”和“低温”是相对而言的，即将两种能量媒介的温度进行比较，温度高的为高温能量媒介，温度低的为低温能量媒介。

图1所示的换热单元10，其机身壳体110的四个外表面为组合面，分别为上组合面120、左组合面130、下组合面140和右组合面150。在上组合面120、左组合面130、下组合面140和右组合面150上分别设置有一组接口群。以图1上能够看见的上组合面120和右组合面150为例：在上组合面120上设有四个接口，四个接口分别为高温能量媒介入口121、高温能量媒介出口122、低温能量媒介入口123、低温能量媒介出口124；在右组合面150上设有四个接口，四个接口分别为高温能量媒介入口151、高温能量媒介出口152、低温能量媒介入口153、低温能量媒介出口154。事实上，在与上组合面120相对的下组合面140上设有与上组合面120上的四个接口相同的四个接口，下组合面140上的四个接口的位置与上组合面120上的四个接口的位置镜像对称；在与右组合面150相对的左组合面130(图1中的背面)上设有与右组合面150上的四个接口相同的四个接口，右组合面150上的四个接口的位置与左组合面130上的四个接口的位置镜像对称。这种上下左右相对称的设计，使得当两个换热单元10上下组合或左右组合时，传输同种能量媒介的接口相互正对并连接成一个整体。

请参照图3，图3为本发明实施例提供的换热单元10的装配爆炸示意图。在图3中，机身壳体110的三个面被拆下，以露出能量媒介管道系统。

能量媒介管道系统包括高温能量媒介进入管310、高温能量媒介排出管320、低温能量媒介进入管330、低温能量媒介排出管340。

高温能量媒介进入管310、高温能量媒介排出管320、低温能量媒介进入管330、低温能量媒介排出管340由设置在管壳式换热器壳体210外表面上的多个凸起301形成。在机身壳体110装配完成后，凸起301与机身壳体110的内表面密封配合，从而使得能量媒介管道系统与机身壳体110形成一个整体。

高温能量媒介进入管310整体为环状的管道，其与高温能量媒介入口121、151对应，同时也与左组合面130和下组合面140上相应的接口对应。高温能量媒介进入管310将高温能量媒介入口121、151以及左组合面130和下组合面140上相应的接口连通。同时，高温能量媒介进入管310还与管壳式换热器200的高温能量媒介通道221的进口连通。如此，使得换热单元10上的组合面均可同时或分别为管壳式换热器200引入高温能量媒介。

高温能量媒介排出管320整体为环状的管道，其与高温能量媒介出口122、152对应，同时也与左组合面130和下组合面140上相应的接口对应。高温能量媒介排出管320将高温能量媒介出口122、152以及左组合面130和下组合面140上相应的接口连通。同时，高温能量媒介排出管320还与管壳式换热器200的高温能量媒介通道221的出口连通。如此，使得换热单元10上的组合面均可同时或分别为管壳式换热器200引出高温能量媒介。

低温能量媒介进入管330整体为环状的管道，低温能量媒介入口123、153对应，同时也与左组合面130和下组合面140上相应的接口对应。低温能量媒介进入管330将低温能量媒介入口123、153以及左组合面130和下组合面140上相应的接口连通。同时低温能量媒介进入管330还与低温能量媒介通道211的进口(第一通孔212)连通。如此，使得换热单元10上的组合面均可同时或分别为管壳式换热器200引入低温能量媒介。

低温能量媒介排出管340整体为环状的管道，低温能量媒介出口124、154对应，同时也与左组合面130和下组合面140上相应的接口对应。低温能量媒介排出管340将低温能量媒介出口124、154以及左组合面130和下组合面140上相应的接口连通。同时低温能量媒介排出管340还与低温能量媒介通道211的出口(第二通孔213)连通。如此，使得换热单元10上的组合面均可同时或分别为管壳式换热器200引出低温能量媒介。

如此，能量媒介管道系统将不同接口群里传输同种能量媒介的接口相互连通，使得换热单元通过任何一个接口群均可同时或分别引入引出能量媒介。在本实施例中，通过能量媒介管道系统使得换热单元10从任何一个组合面均可同时或分别引入引出能量媒介。

请参照图4，图4为接口群中接口的结构示意图。接口为流体接口，接口包括插头440和插座410。插座410为筒状，在机身壳体110上开孔，插座410固定在机身壳体110上开设的孔中，使得机身壳体110内部空间和机身壳体110外部的空间相互连通。插座410的内表面设置有固定凸起411。二通接头420的两端为插头440，插头440的端部设置有倒钩441。倒钩441插入并通过固定凸起411卡合在插座410的内壁，形成自锁结构。在插座410和插头440之间设置垫设有O型密封圈430，用于达到密封的目的。

请参照图5，图5示出了两个换热单元10对应的接口相互连接时的状态。二通接头420两端的插头440分别卡合在两个插座410中，从而将两个换热单元10相应的接口连接。

请参照图6，图6示出了换热单元10的接口需要封闭时的状态。截止接头450的一端为插头440，其另一端封闭。如此插头440卡合在插座410中，如此形成封闭的接口。在接口不需要与其他换热单元相连时，通过截止接头450对其进行封闭。

在需要将两个换热单元10相应的接口相互连接时，采用二通接头420，在需要将换热单元10上的接口封闭时，使用截止接头450。

参照图7，本实施例提供的换热单元10能够构成换热矩阵20。在图7中，六个换热单元10以3×2的方式通叠加组合在一起形成换热矩阵20。六个换热单元10各自相邻组合面紧密贴合，其上的传输同种能量媒介的接口彼此插接，例如：各个换热单元10的高温能量媒介入口与相邻换热单元10的高温能量媒介入口连接在一起，从热源供给的高温能量媒介通过其中一个换热单元10的高温能量媒介入口接入，然后进入每个换热单元10，为换热单元10的高温能量媒介通道221提供高温能量媒介。同理，从每个换热单元10的高温能量媒介通道221的出口流出的高温能量媒介通过其中一个换热单元10的高温能量媒介出口导出。低温能量媒介通过其中一个换热单元10的低温能量媒介入口接入，然后进入每个换热单元10，为换热单元10的低温能量媒介通道211提供低温能量媒介。同理，从每个换热单元10的低温能量媒介通道211的出口流出的低温能量媒介通过其中一个换热单元10的低温能量媒介出口导出。

如此，构成换热矩阵20的的第i个换热单元10的换热功率为Pi，则换热矩阵20的的换热功率P＝∑Pi。通过换热单元10的矩阵式组合，实现了换热功率的扩展。其中，i为大于等于1的正整数。

采用本实施例提供的换热单元10，用户能够根据实际需要，选用任意数量的换热单元10构成大型的换热矩阵20。进而在生产中，无需按用户需求定制，只需要生产标准化的换热单元10即可，提高了生产效率、降低了制造成本和生产周期。

需要说明的是，在本实施例中，换热单元10为长方体结构，其主要目的在于便于换热单元10之间的紧密连接，从而提高空间使用率。在其他具体的实施方式中，换热单元10的形状不限于长方体。

还需要说明的是，换热单元10的至少两个接口群可以设置在换热单元10的同一面上。在本实施例中，之所以将接口群分别设置在不同的组合面上，是为了便于相邻换热单元10之间的相互插接。

还需要说明的是，在本实施例中，换热单元10具备四个组合面，组合面的数量为偶数个。在其他具体实施方式中，组合面的数量也可以为奇数个。同时，本实施例中，长方体结构的换热单元10的六个面都可以构成组合面。

在本实施例中，换热单元10的换热器为管壳式换热器200。可以理解的，板式换热器也能够作为换热单元10的换热器。

以上所述仅为本发明的部分实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.换热单元，其特征在于：

所述换热单元包括机身壳体以及设置在所述机身壳体内的换热器；所述机身壳体上至少设置有两组接口群，每组接口群至少包括作为所述换热器的高温能量媒介的入口和出口的接口、作为所述换热器的低温能量媒介的入口和出口的接口；传输同种能量媒介的接口在所述换热单元内部相互导通；

所述接口包括插头和插座，所述插座固定在所述机身壳体上，使得所述机身壳体内部空间和机身壳体外部的空间相互连通，二通接头的两端为所述插头，插头的端部设置有倒钩，所述倒钩卡合在所述插座的内壁，形成自锁结构，所述二通接头两端的所述插头分别卡合在两个所述插座中，从而将两个换热单元相应的接口连接；

相邻的所述换热单元能够通过所述接口相互连接，使得任意数量的所述换热单元能够通过所述接口彼此插接构成换热矩阵；

所述换热器为管壳式换热器或板式换热器。

2.根据权利要求1所述的换热单元，其特征在于：

所述机身壳体具备至少两个组合面；每个所述组合面上设有一组所述接口群；

相邻的所述换热单元能够通过所述组合面上的接口相互连接。

3.根据权利要求2所述的换热单元，其特征在于：

所述换热单元的所述组合面用于与相邻的所述换热单元的所述组合面相互紧密贴合，以构成所述换热矩阵。

4.根据权利要求2所述的换热单元，其特征在于：

所述组合面为偶数个，所述组合面两两相对设置。

5.根据权利要求4所述的换热单元，其特征在于：

相对的所述组合面上的所述接口的位置相互镜像对称，使得一个所述换热单元与另一个所述换热单元相互连接时，两个所述换热单元相应所述组合面上的传输同种能量媒介的接口相互正对。

6.根据权利要求5所述的换热单元，其特征在于：

所述机身壳体至少具备在垂直方向上相对的两个所述组合面，使得一个所述换热单元在垂直方向与另一个所述换热单元相互连接时，两个所述换热单元相应所述组合面上的传输同种能量媒介的接口相互正对。

7.根据权利要求5所述的换热单元，其特征在于：

所述机身壳体至少具备在水平方向上相对的两个所述组合面，使得一个所述换热单元在水平方向与另一个所述换热单元相互连接时，两个所述换热单元相应所述组合面上的传输同种能量媒介的接口相互正对。

8.根据权利要求2所述的换热单元，其特征在于：

所述机身壳体为长方体，所述组合面为所述机身壳体的6个表面。

9.根据权利要求8所述的换热单元，其特征在于：

6个所述组合面上接口的位置分布方式为：上下组合面的所述接口相互镜像对称；左右组合面的所述接口相互镜像对称，前后组合面的所述接口相互镜像对称。

10.换热矩阵，其特征在于：

包括若干个如权利要求1~9中任意一项所述的换热单元。

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