换热装置和换热设备的制作方法

1.本公开涉及换热领域，特别涉及一种换热装置和换热设备。


背景技术：

2.在许多工业生产过程中需要对使用的液体进行冷却或加热处理，例如，对钻井液进行冷却处理，钻井液是钻井过程中使用的协助钻井的各种循环液体的总称。钻井液有多种用途，例如，洗井、对井下钻井设备进行冷却等。
3.在钻井的过程中，钻井液从地面流向井下，再从井下流向地面。井下的温度较高，当钻井液流向地下时，钻井液的温度会升高，当钻井液再次流回地面时，需在地面对钻井液进行冷却处理，避免钻井液温度太高影响井下钻井设备。
4.相关技术中，是通过板式换热器对钻井液进行冷却处理的，钻井液流入板式换热器中与板式换热器中的冷却液进行热量交换，使得钻井液的温度降低。板式换热器包括表面为平面的金属板和表面呈波纹形的金属板，波纹形的金属板位于相邻的两个平面的金属板之间，波纹形的金属板中的凹槽与平面的金属板形成多个通道，钻井液和冷却液在不同的通道中流动，实现对钻井液的冷却。但是使用板式换热器对钻井液冷却时，钻井液与冷却液的接触面积较小，使得板式换热器的冷却效果较低，无法实现度钻井液的有效冷却。


技术实现要素：

5.本公开实施例提供了一种换热装置和换热设备，可以提高冷却效果。所述技术方案如下：
6.一方面，本公开提供了一种换热装置，所述换热装置包括：
7.换热外管，包括两端开口的筒体以及位于所述筒体侧壁上的进液嘴和出液嘴；
8.换热内管，嵌设在所述筒体内，所述换热内管的两端分别从所述筒体的两端伸出；
9.其中，所述筒体的两端与所述换热内管的外壁密封连接，所述换热内管的外壁和所述筒体的内壁之间具有与所述进液嘴和所述出液嘴连通的环形腔体。
10.在本公开实施例的一种实现方式中，所述进液嘴和所述出液嘴分别靠近所述筒体的两端。
11.在本公开实施例的一种实现方式中，所述换热装置包括多根换热外管和多根换热内管，一根所述换热外管中嵌入一根所述换热内管，所述多根换热内管平行设置，所述换热装置还包括分别与所述多根换热内管的第一端连通的第一汇流管、分别与所述多根换热内管的第二端连通的第二汇流管、分别与多个所述进液嘴连通的第三汇流管、以及分别与多个所述出液嘴连通的第四汇流管，所述第一汇流管、所述第二汇流管、所述第三汇流管和所述第四汇流管均有一端封闭。
12.在本公开实施例的一种实现方式中，所述第一汇流管封闭的一端具有可拆卸的堵头。
13.另一方面，本公开提供了一种换热设备，所述换热设备包括上述任一方面所述的
换热装置。
14.在本公开实施例的一种实现方式中，所述换热设备包括第一多通管、第二多通管和至少两个所述换热装置；
15.所述换热装置包括多根换热外管和多根换热内管，一根所述换热外管中嵌入一根所述换热内管，所述多根换热内管平行设置，所述换热装置还包括分别与所述多根换热内管的第一端连通的第一汇流管、以及分别与所述多根换热内管的第二端连通的第二汇流管，所述第一汇流管和所述第二汇流管均有一端封闭；
16.所述第一多通管的一端具有第一入口，另一端具有与多个所述第一汇流管一一对应连通的第一出口；
17.所述第二多通管的一端具有第二出口，另一端具有与多个与所述第二汇流管一一对应连通的第二入口。
18.在本公开实施例的一种实现方式中，所述第一汇流管的一端具有排污出口；
19.所述换热设备还包括第三多通管，所述第三多通管的一端具有与多个与所述排污出口一一对应连通的第三入口，所述第三多通管的另一端具有第三出口，堵头可拆卸连接在所述第三出口。
20.在本公开实施例的一种实现方式中，所述换热装置还包括分别与多个所述进液嘴连通的第三汇流管、以及分别与多个所述出液嘴连通的第四汇流管，所述第三汇流管和所述第四汇流管均有一端封闭；
21.所述换热设备还包括：
22.冷却器，所述冷却器分别与所述第三汇流管和所述第四汇流管连通。
23.在本公开实施例的一种实现方式中，所述换热设备还包括：
24.壳体，所述换热装置位于所述壳体内，所述壳体上具有开口，所述第一多通管具有所述第一入口的一端和所述第二多通具有所述第二出口的一端分别从所述开口伸出所述壳体；
25.底板，所述壳体位于所述底板上。
26.在本公开实施例的一种实现方式中，所述壳体上具有通风网格。
27.本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
28.在使用本公开实施例的换热装置时，向换热内管中输入第一换热介质，第一换热介质在换热内管中流动。通过进液嘴向换热外管的筒体中输入第二换热液体，由于筒体的两端与换热内管的外壁密封连接，且换热内管的外壁和筒体的内壁之间具有与进液嘴和出液嘴连通的环形腔体。第二换热介质会在环形腔体中流动，也即第一换热介质和第二换热介质之间可以通过筒体的侧壁实现热量交换。换热完成的第一换热介质从换热内管中流出，换热完成的第二换热介质从出液嘴流出。由于环形腔体围绕换热内管，也即第二换热介质围绕第一换热介质，使得第二换热介质和第一换热介质换热时的换热面积增大，可以增加换热效果。
附图说明
29.为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于
本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1是本公开实施例提供的一种换热内管和换热外管的截面示意图；
31.图2是本公开实施例提供的一种换热装置的结构示意图；
32.图3是本公开实施例提供的一种换热设备的结构示意图；
33.图4是本公开实施例提供的一种换热设备的内部结构示意图；
34.图5是本公开实施例提供的一种换热设备的外部结构示意图；
35.图6是本公开实施例提供的一种换热设备的主视图；
36.图7是本公开实施例提供的一种换热设备的结构示意图。
具体实施方式
37.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
38.图1是本公开实施例提供的一种换热内管和换热外管的截面示意图。参见图1，换热装置包括换热内管20和换热外管10。换热外管10包括两端开口的筒体101以及位于筒体101侧壁上的进液嘴102和出液嘴103。换热内管20嵌设在筒体101内，换热内管20的两端分别从筒体101的两端伸出。其中，筒体101的两端与换热内管20的外壁密封连接，换热内管20的外壁和筒体101的内壁之间具有与进液嘴102和出液嘴103连通的环形腔体201。
39.在使用本公开实施例的换热装置时，向换热内管20中输入第一换热介质，第一换热介质在换热内管20中流动。通过进液嘴102向换热外管10的筒体101中输入第二换热介质，由于筒体101的两端与换热内管20的外壁密封连接，且换热内管20的外壁和筒体101的内壁之间具有与进液嘴102和出液嘴103连通的环形腔体201。第二换热介质会在环形腔体201中流动，也即第一换热介质和第二换热介质之间可以通过筒体101的侧壁实现热量交换。换热完成的第一换热介质从换热内管20中流出，换热完成的第二换热介质从出液嘴103流出。由于环形腔体201围绕换热内管20，也即第二换热介质围绕第一换热介质，使得第二换热介质和第一换热介质换热时的换热面积增大，可以增加换热效果。
40.在本公开实施例中，第二换热介质和第一换热介质的温度不同才可实现换热。本公开实施例提供的换热装置既可以实现对介质的加热，也可以实现对介质的冷却。
41.下面以对钻井液进行冷却处理来介绍本公开实施例的换热装置，也即通过冷却液对钻井液进行冷却处理。当然在其他实现方式中，也可以使用本公开实施例的换热装置对其他介质进行加热或冷却处理。
42.相关技术中，板式换热器中的单个通道的直径在2毫米至3毫米之间，而钻井液的水质较差，在换热的过程中钻井液容易导致通道堵塞，影响冷却效果。
43.在本公开实施例中，钻井液一般是在空间较大的换热内管20中流动，冷却液的水质相对较好，冷却液在环形腔体201中流动。
44.在本公开实施例中，换热内管20的筒体为圆柱形筒体，换热内管20的内直径在45毫米(mm)至50毫米之间。换热内管20的内直径较大避免在换热的过程中钻井液堵塞换热内管20，影响冷却效果。
45.如图1所示，进液嘴102和出液嘴103分别靠近筒体101的两端。当冷却液从进液嘴
102流入环形腔体201内然后从出液嘴103流出的过程中，冷却液从进液嘴102流向出液嘴103的路程增加，可以增加冷却液与换热内管20的接触时间，而冷却液和钻井液是通过换热内管20进行换热的，也即可以提高对钻井液的冷却效果。
46.在本公开实施例中，进液嘴102和出液嘴103分别靠近筒体101的两端既可以表示进液嘴102距离筒体101的一端的距离小于50毫米，出液嘴103距离筒体101的另一端的距离小于50毫米；也可以表示进液嘴102和出液嘴103到筒体101的同一端的距离不同。
47.如图1所示，换热内管20具有换热内管筒体202以及与换热内管筒体202连通的换热入口203和换热出口204，换热入口203位于换热内管20的第一端21，换热出口204位于换热内管20的第二端22。也即钻井液通过换热入口203进入换热内管筒体202中，并通过换热出口204流出。
48.在本公开实施例的一种实现方式中，进液嘴102靠近换热内管20的第二端22，出液嘴103靠近换热内管20的第一端21。也即当钻井液从进液嘴102流向出液嘴103，冷却液从换热入口203流向换热出口204的过程中，冷却液体和钻井液的流动方向相反，使得冷却液体和钻井液在流动的过程中接触时间变长，换热效果更好，增加对钻井液的冷却效果。
49.图2是本公开实施例提供的一种换热装置的结构示意图。参见图2，当使用本公开实施例提供的换热装置时，在竖直方向a上，可以将换热入口203布置在换热出口204的下方，进液嘴102布置在出液嘴103的上方。
50.在其他实现方式中，也可以将进液嘴102布置靠近换热内管20的第一端21，出液嘴103布置在靠近换热内管20的第二端22。冷却液体和钻井液的流动方向相同。
51.再次参见图2，换热装置包括多根换热内管20(图中未示出)和多根换热外管10，一根换热外管10中嵌入一根换热内管20。
52.在本公开实施例中，布置多根换热内管20和多根换热外管10，增加在换热过程中钻井液和冷却液的流量，提高换热效率。
53.再次参见图2，多根换热内管20平行设置，换热装置还包括：第一汇流管30、第二汇流管40、第三汇流管50和第四汇流管60。
54.第一汇流管30与多根换热内管20的第一端21连通，第二汇流管40与多根换热内管20的第二端22连通，第三汇流管50与多个进液嘴102连通，第四汇流管60与多个出液嘴103连通。第一汇流管30、第二汇流管40、第三汇流管50和第四汇流管60均有一端封闭。
55.在本公开实施例中，布置第一汇流管30与多根换热内管20的第一端21连通，也即第一汇流管30与多根换热内管20的换热入口203连通。第二汇流管40与多根换热内管20的第二端22连通，也即第二汇流管40与多根换热内管20的换热出口204连通。通过第一汇流管30向多根换热内管20的换热内管筒体202输入钻井液，钻井液在不同的换热内管筒体202中流通，并从不同的换热出口204流向第二汇流管40，然后通过第二汇流管40排出。同样地，通过第三汇流管50向多根换热外管10的进液嘴102输入冷却液，冷却液在筒体101中流通，并从不同的出液嘴103流向第四汇流管60，然后通过第四汇流管60排出。相比单独向每根换热内管20和每根换热外管10单独输入钻井液和冷却液，更加方便，能够实现对大流量的钻井液的冷却。
56.如图2所示，换热装置包括19根换热内管20和19根换热外管10。在其他实现方式中也可以布置其他数量的换热内管20和换热外管10。
57.在本公开实施例中，通过第一汇流管30未封闭的一端向第一汇流管30输入钻井液，钻井液从第二汇流管40未封闭的一端排出。通过第三汇流管50未封闭的一端向第三汇流管50输入冷却液，冷却液从第四汇流管60未封闭的一端排出。
58.再次参见图2，多根换热内管20的第一端21位于同一直线上，多根换热内管20的第二端22位于同一直线上，多根换热外管10的进液嘴102位同一直线上，多根换热外管10的出液嘴103位同一直线上。这样，前述第一汇流管30、第二汇流管40、第三汇流管50和第四汇流管60均为直管，即可实现上述连接，方便制作。
59.由于在使用本公开实施例提供的换热装置时，换热入口203位于换热出口204的下方，进液嘴102位于出液嘴103的上方。也即第一汇流管30位于第二汇流管40的下方，第三汇流管50位于第四汇流管60的上方。
60.在本公开实施例的一种实现方式中，第一汇流管30封闭的一端具有可拆卸的堵头(图中未示出)。也即第一汇流管30的另一端不是一直封闭的。将堵头拆卸时，第一汇流管30的两端是连通的，此时第一汇流管30原本封闭的一端变为排污出口301。
61.由于钻井液的水质较差，钻井液中含有杂质，在换热装置使用一段时间后，杂质可能会沉积在换热装置中，需对换热装置进行清洗。此时可以将堵头拆卸时，从第一汇流管30的一端输入清洗液，清洗液在换热装置中流动，然后从第一汇流管30的排污出口301排出，清洗液在流动的过程中将换热装置中的杂质带出，实现对换热装置的清洗。不仅清洗简单高效，同时无需将换热装置拆卸进行清洗，更加方便。
62.由于在使用本公开实施例提供的换热装置时，第一汇流管30位于第二汇流管40的下方，杂质在重力的作用下会沉积在第一汇流管30内，将排污出口301布置在第一汇流管30上，也即清洗液只经过第一汇流管30，既可以使得清洗液能够将第一汇流管30内的杂质排出，又可以减小清洗液流动的路径，从而减少向清洗液提供的动力，减少动力消耗。
63.在本公开实施例中，第二汇流管40位于第一汇流管30的上方，钻井液中的杂质在重力的作用下会沉积在第一汇流管30内，第二汇流管40中一般不会有杂质。冷却液的水质相对较好，一般不会带有杂质，第三汇流管50和第四汇流管60中也不会有杂质。所以第二汇流管40、第三汇流管50和第四汇流管60无需进行清洗，第二汇流管40、第三汇流管50和第四汇流管60封闭的一端无需布置可拆卸的堵头，也即第二汇流管40、第三汇流管50和第四汇流管60的一端一直是封闭的。
64.本公开实施例还提供了一种换热设备，换热设备包括上述任一幅图所示的换热装置。
65.在使用本公开实施例的换热设备时，向换热内管中输入第一换热介质，第一换热介质在换热内管中流动。通过进液嘴向换热外管的筒体中输入第二换热液体，由于筒体的两端与换热内管的外壁密封连接，且换热内管的外壁和筒体的内壁之间具有与进液嘴和出液嘴连通的环形腔体。第二换热介质会在环形腔体中流动，也即第一换热介质和第二换热介质之间可以实现热量交换。换热完成的第一换热介质从换热内管中流出，换热完成的第二换热介质从出液嘴流出。由于环形腔体围绕换热内管，也即第二换热介质围绕第一换热介质，使得第二换热介质和第一换热介质换热时的换热面积增大，可以增加换热效果。
66.图3是本公开实施例提供的一种换热设备的结构示意图。参见图3，换热设备包括第一多通管70、第二多通管80和至少两个换热装置。
67.第一多通管70的一端具有第一入口701，另一端具有与多个与第一汇流管30一一对应连通的第一出口702。第二多通管80的一端具有第二出口801，另一端具有与多个与第二汇流管40一一对应连通的第二入口802。
68.在本公开实施例中，通过第一多通管70将多个换热装置的第一汇流管30连通起来，通过第二多通管80将多个换热装置的第二汇流管40连通起来，也即可以将多个换热装置同时使用，可以满足大流量的钻井液冷却的需求。
69.在使用本公开实施例提供的换热设备时，通过第一入口701向第一多通管70中输入钻井液，钻井液通过第一出口702流向第一汇流管30，然后再通过第一汇流管30流向换热内管20，钻井液换热完成后流向第二汇流管40，然后流向第二入口802，钻井液通过第二入口802流入第二多通管80，然后通过第二出口801排出。
70.如图3所示，换热设备包括两个换热装置，可以增大换热效率。在其他实现方式中，换热设备可以包括其他数量的换热装置，例如3至5个换热装置，本公开对此不做限制。
71.图4是本公开实施例提供的一种换热设备的内部结构示意图。参见图2和图4，第一汇流管30与第一出口702相对的一端具有第一法兰121，第一出口702处具有与第一法兰121相对的第二法兰122，第一汇流管30与第一多通管70是通过法兰连接的。通过法兰连接，一方面便于拆卸，在第一汇流管30与第一多通管70其中一个损坏的情况下，方便将第一汇流管30与第一多通管70拆开，进行维修。另一方面，当换热设备中需要布置多个换热装置时，可以将第一多通管70拆卸下来，然后更换具有相应数量的第一出口702的第一多通管70，使得第一多通管70的第一出口702的数量与换热装置的数量相等，且第一法兰121与第二法兰122相对，然后将第一法兰121与第二法兰122连接起来，从而实现布置多个换热装置的目的，也即本公开实施例提供的换热设备可以根据实际情况调整换热装置的数量，从而调整换热效率，换热装置越多，换热效率越高。当钻井液的流量较大需要提高换热设备的换热效率时，增加换热装置的数量，提高换热效率，当钻井液的流量较小需要降低换热设备的换热效率时，减少换热装置的数量，降低换热效率。本公开实施例提供的换热设备可以根据钻井液流量灵活配置。
72.同样地，第二汇流管40与第二入口802相对的一端具有第三法兰123，第二入口802处具有与第三法兰123相对的第四法兰124，第二汇流管40与第二多通管80同样是通过法兰连接的。
73.第二汇流管40和第二多通管80的连接方式以及作用与第一汇流管30和第一多通管70的连接方式以及作用相同，在此不做赘述。
74.如图4所示，第一入口701处具有第五法兰125，方便第一多通管70与钻井液输入装置连通。第二出口801处具有第六法兰126，方便第二多通管80与钻井液输处装置连通。
75.在本公开实施例的一种实现方式中，换热设备还包括第三多通管，第一汇流管30的一端具有排污出口301。第三多通管的一端具有与多个与排污出口301一一对应连通的第三入口，第三多通管的另一端具有第三出口，堵头可拆卸连接在第三出口。
76.在本公开实施例中，布置第三多通管，通过第三多通管将排污出口301连通，在清洗换热装置时，通过第一入口701向第一多通管70中输入清洗液，清洗液通过第一出口702流向第一汇流管30，然后再通过第一汇流管30，清洗液在第一汇流管30中流动带出杂质，然后流向排污出口301，然后清洗液流向第三入口，并流入第三多通管中，然后从第三出口排
出，实现对换热装置的清洗。
77.在本公开实施例中，堵头可拆卸连接在第三出口，以使第一汇流管30的一端封闭，当不需要清洗换热装置时，将第三出口堵住，在正常换热的过程中，钻井液不会从第三出口流出。
78.其中第三多通管的结构与第一多通管和第二多通管的结构相同，在此不再赘述。
79.如图4所示，第一多通管70和第二多通管80位于换热设备的同一侧，第三多通管位于换热设备的另一侧。在其他实现方式中，也可以将第二多通管80和第三多通管布置在换热设备的同一侧，将第一多通管70布置在换热设备的另一侧。
80.图5是本公开实施例提供的一种换热设备的外部结构示意图。参见图5，换热设备还包括壳体100。换热装置位于壳体100内，壳体100上具有开口1001，第一多通管70具有第一入口701的一端和第二多通管80具有第二出口801的一端分别从开口1001伸出壳体100。
81.在本公开实施例中，布置壳体100，将换热装置布置在壳体100内，对换热装置进行保护，避免对的换热装置换热外管10、第一汇流管30、第二汇流管40、第三汇流管50和第四汇流管60造成磕碰，造成换热装置损坏。同时在壳体100上布置开口1001供第一多通管70和第二多通管80伸出，使得第一多通管70的第一入口701能够与钻井液输入装置连通，第二多通管80的第二出口801能够与钻井液输处装置连通。
82.图6是本公开实施例提供的一种换热设备的主视图。参见图6，供第一入口701和第二出口801伸出壳体100的开口1001位于壳体100的同一侧。在壳体100的另一侧具有供第三出口伸出壳体100的开口1001。便于第三多通管与冷却液输出装置连接。
83.再次参见图5和图6，壳体100上具有通风网格1002。在钻井液的温度较高，在换热的过程中会导致壳体100内的温度过高，在壳体100上布置通风网格1002，通过通风网格1002进行散热，可以提高多钻井液的冷却效果。
84.再次参见图5和图6，换热设备还包括底板110，壳体100位于底板110上。
85.布置底板110，将壳体100放置在底板110上，在安装换热设备时，将底板110固定，就可以将整个换热设备固定。当需要更换换热设备的位置时，工作人员撬动底板110，然后通过移动底板110将换热设备移动到其他位置。
86.相比相关技术中换热设备中各部分独立分散，需要布置管道将各个部分连通，管道布置混乱的问题，本公开实施例提供的换热设备将主体布置在壳体100内，使得整个换热设备安装和移运更加方便，且占地面积较小。
87.图7是本公开实施例提供的一种换热设备的结构示意图，参见图7，换热设备还包括冷却器90。冷却器90分别与第三汇流管50(图7未示出)和第四汇流管60(图7未示出)连通。
88.在本公开实施例中，冷却液通过第三汇流管50流入进液嘴102，然后流入筒体101中，与钻井液进行换热，使得冷却液的温度升高。温度升高的冷却液从出液嘴103流向第四汇流管60，钻井液通过第四汇流管60流向冷却器90，冷却器90对冷却液进行冷却处理，使冷却液的温度降低。温度降低的冷却液再从冷却器90流向第三汇流管50，对钻井液进行冷却。也即对冷却液进行循环利用，节约资源。
89.再次参见图7，换热设备还包括风扇130和电机140，电机140与风扇130连接，风扇130的出风口朝向冷却器90。电机140驱动风扇130转动，风扇130转动的过程中向冷却器90
吹风，对冷却器90中的冷却液进行冷却，增加对冷却液的冷却效果。
90.再次参见图7，冷却器90通过管道150分别与第三汇流管和第四汇流管连通。换热设备还包括电泵160，电泵160位于连通第四汇流管和冷却器90的管道150上。通过电泵160驱动冷却液在环形腔体201和冷却器90中流动，实现冷却液的循环利用。
91.在本公开实施例中，可以在管道150上布置阀门，用于控制冷却液的流动。
92.以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。