聚合物管熱交換器的制造方法
【專利摘要】一種熱交換器包括多個聚合物管，其在入口歧管與出口歧管之間延伸并加以流體連接，從而在所述管內(nèi)給所述入口歧管與所述出口歧管之間的第一流體提供流動路徑。所述管被構(gòu)造以具有在其外表面之間的空間，從而給第二流體提供穿過所述管的外表面之間的所述空間的流體流動路徑。
【專利說明】聚合物管熱交換器
[0001]發(fā)明背景
本文公開的主題基本上是關(guān)于熱交換器，且更特定來說，關(guān)于具有聚合物管的熱交換器。
[0002]熱交換器被廣泛用于各種應(yīng)用中，包括但不限制于包括水力風(fēng)機盤管單元的加熱和冷卻系統(tǒng)、在各種工業(yè)和化學(xué)工藝中的加熱和冷卻、熱回收系統(tǒng)和類似應(yīng)用(只舉幾個實例)。用于將熱從一種流體傳遞到另一種流體的許多熱交換器使用一個或多個管，使一種流體流過其中的同時使第二流體圍繞管流動。來自其中一種流體的熱經(jīng)由傳導(dǎo)穿過管壁而被傳遞到另一種流體。
[0003]熱交換器管可由各種不同材料制成，包括諸如鋁或銅的金屬。金屬熱交換器管提供大量不同優(yōu)點，包括高導(dǎo)熱性和強度。然而，金屬熱交換器管還會造成大量問題。例如，金屬熱交換器管昂貴且制作耗時、易受某類流體腐蝕、會且可由于金屬制造技術(shù)的限制而對熱交換器的設(shè)計造成限制。還將尼龍塑料管用于熱交換器。然而，由于諸如低導(dǎo)熱性和/或需要高壁厚以在各種不同操作條件下，如高溫和/或高壓(例如，在水力加熱系統(tǒng)中，水可達到90°C的溫度和3100 kPa的壓力)給管提供物理穩(wěn)健性的大量問題，塑料管熱交換器仍未得到廣泛接受。還推薦將塑料用作復(fù)合材料的一部分的復(fù)合材料管；然而，這種管很昂貴且難以制造，而且復(fù)合材料管還要求高壁厚以容納復(fù)合材料的各種材料。
[0004]因此，熱交換器管仍然需要新材料和/或構(gòu)造以提供益處，這些益處包括但不限制于改善的性能、制造簡易和/或降低的成本。
發(fā)明概要
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種熱交換器包括多個聚合物管，其在入口歧管與出口歧管之間延伸并加以流體連接，從而在所述管內(nèi)給所述入口歧管與所述出口歧管之間的第一流體提供流動路徑。所述管被構(gòu)造以具有在其外表面之間的空間，從而給第二流體提供穿過所述管的外表面之間的所述空間的流體流動路徑。所述管還包括聚芳硫醚、聚芳醚酮、芳族聚砜、聚醚酰亞胺或其摻合物。在例示性實施方案中，管具有I mm至10 mm的直徑和0.1 mm至I _的壁厚。
[0006]附圖簡述
在說明書后隨附的權(quán)利要求書中特定指出并明確要求了本發(fā)明有關(guān)的主題。本發(fā)明的以上和其它特征和優(yōu)點將從結(jié)合附圖的以下詳細(xì)描述明白，其中:
圖1是描繪例示性熱交換器的管部的正視圖的示意圖；
圖2是描繪圖1的例示性熱交換器的管部的俯視圖的示意圖；
圖3是描繪圖1的例示性熱交換器的管部的端視圖的示意圖；
圖4A至圖4C描繪稱為螺旋熱交換器的例示性熱交換器的示意圖；
圖5A至圖5B描繪稱為板式熱交換器的例示性熱交換器的示意圖；
圖6是描繪具有整合支撐的例示性管結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；和 圖7是描繪具有整合支撐的例示性管結(jié)構(gòu)的橫截面視圖?！揪唧w實施方式】
[0007]本文描述的聚合物管是由包含聚芳硫醚、聚芳醚酮、芳族聚砜、芳族聚醚酰亞胺或其摻合物的熱塑性組合物形成。這些聚合物家族中的每一種均為本領(lǐng)域已知且可按照不同形式購置。如本文所使用的聚芳硫醚包括任何聚芳硫醚系列樹脂(聚芳硫代醚系列樹脂)，且可以是具有以-(Ar-S-)-重復(fù)單元為聚芳硫醚主鏈的均聚物或共聚物，其中Ar表示亞芳基。例示性亞芳基包括對亞苯基、間亞苯基、鄰亞苯基、被取代的亞苯基(例如，具有諸如C1^5烷基的取代基的烷基亞苯基或具有諸如苯基的取代基的芳基亞苯基)、p，P’ - 二亞苯砜、P, P’ -聯(lián)苯、P, P’ - 二亞苯醚和P, P’ - 二亞苯羰基。聚芳硫醚系列樹脂可以是單一重復(fù)單元(如任何上述重復(fù)單元)的均聚物,或可以是含有不同重復(fù)單元(如任何上述重復(fù)單元)的共聚物。在例示性實施方案中,聚芳硫醚包含至少70摩爾％對苯硫醚重復(fù)單元。在另一例示性實施方案中，聚芳硫醚包含至少90摩爾％對苯硫醚重復(fù)單元。在又一例示性實施方案中，聚芳硫醚樹脂是聚(對亞苯硫醚)均聚物。聚芳硫醚樹脂可通過使相對低分子量的線性聚合物氧化交聯(lián)獲得或是可通過雙官能單體的縮聚獲得的具有實質(zhì)線性結(jié)構(gòu)的高分子量聚合物。在另一例示性實施方案中，所述聚芳硫醚是支化或交聯(lián)的聚芳硫醚樹脂，通過所述單體與具有官能基的單體聚合組合獲得。在又一例示性實施方案中，聚芳硫醚可以是聚聯(lián)苯硫醚(PBPS)、聚芳硫醚酮(PPSK)、聚聯(lián)苯硫醚砜(PPSS)或本領(lǐng)域已知的其它聚芳硫醚變體。在又一例示性實施方案中，聚芳硫醚可與彈性體摻合或熔合。聚苯硫醚系列樹脂的例示性數(shù)量平均分子量可在約300至30 X 104，更具體來說約400至IOX IO4的范圍內(nèi)。聚苯硫醚聚合物可在商品名RYT0N?和F0RTR0N?下分別從Chevron Phillips Chemicals和TiconaCelanese購買。聚苯硫醚聚合物熔合物和摻合物可在商品名XTEL下從Chevron PhillipsChemicals 購買。
[0008]如本文所使用，術(shù)語聚芳醚酮(PAEK)包括含有主要通過酮和醚基按照不同順序鏈接的芳環(huán)(通常是苯環(huán))的任意幾種聚合物類型。PAEK樹脂的實例包括，但不限制于，聚醚酮(PEK)、聚醚醚銅(PEEK)、聚醚酮醚酮酮(PEKEKK)和聚醚酮酮(PEKK)和含有這些基團的共聚物以及其摻合物。PAEK聚合物可包含單體單元，其按照任何順序含有芳環(huán)(通常是苯環(huán))、酮基和醚基?？纱嬖诘退剑?，小于10摩爾％的加成鏈接基，只要其不從根本上更改PAEK樹脂的性質(zhì)。PEEK可作為VI`CTREX? PEEK從Victrex Ltd.購買。PEKEKK樹脂可作為ULTRAPEK?從BASF購買。聚醚醚酮樹脂還可在GAT0NE?和KETASPIRE?商標(biāo)名下從Solvay C0.和 Solvay Advanced Polymers 購買。
[0009]在一些例子中，第一樹脂組分是選自由聚芳醚酮、聚芳酮、聚醚酮和聚醚醚酮中的至少一種組成的組的聚合物?？墒褂萌魏蜳AEK聚合物，其將通過與根據(jù)本發(fā)明的第二樹脂組分摻合而具有改善的性質(zhì)。這涵蓋使用來自本文描述或本文引述的參考文獻描述的任意幾類PAEK樹脂中的一種或多種。
[0010]可將高度結(jié)晶、具有高于300°C的幾種聚芳醚酮用于本發(fā)明的摻合物中。這些晶形聚芳醚酮的實例按照以下結(jié)構(gòu)(I )、結(jié)構(gòu)(II )、結(jié)構(gòu)(I II )、結(jié)構(gòu)(IV )和結(jié)構(gòu)(V )示出。
【權(quán)利要求】
1.一種熱交換器，其包括: 多個聚合物管，其在入口歧管與出口歧管之間延伸并加以流體連接，從而在所述管內(nèi)給在所述入口歧管與所述出口歧管之間的第一流體提供流動路徑； 所述多個管被構(gòu)造以具有在其外表面之間的空間，從而給第二流體提供穿過在所述管的所述外表面之間的所述空間的流體流動路徑； 所述聚合物管包括聚芳硫醚、聚芳醚酮、芳族聚砜、芳族聚醚酰亞胺或其摻合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中所述聚合物管具有I_至10 _的直徑和0.1 mm至I _的壁厚。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的熱交換器，其中所述聚合物管還包括納米粒子導(dǎo)熱性增強添加劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中任一項所述的熱交換器，其中所述聚合物管基本上由聚芳硫醚、聚芳醚酮、芳族聚砜、芳族聚醚酰亞胺或其摻合物組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中任一項所述的熱交換器，其中所述聚合物管包括多個共擠壓聚合物層，其中所述聚合物層中的至少一個包括聚芳硫醚、聚芳醚酮、芳族聚砜、芳族聚醚酰亞胺或其摻合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱交換器，其中所述聚合物層中的至少一個包括氟聚合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱交換器，其中所述聚合物層中的至少一個基本上由聚芳硫醚組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求7中任一項所述的熱交換器，其中所述聚合物管具有2mm至5 mm的直徑。`
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的熱交換器，其中所述聚合物管具有0.2 mm至0.5 mm的直徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求9中任一項所述的熱交換器，其中所述管具有圓形橫截面。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求9中任一項所述的熱交換器，其中所述管具有卵形或橢圓形橫截面，具有大于I且小于或等于5的縱橫比。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求9中任一項所述的熱交換器，其中所述管具有矩形橫截面。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求12中任一項所述的熱交換器，其中所述管包括整合支撐。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的熱交換器，其中所述整合支撐在外部。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求14中任一項所述的熱交換器，其中所述管包括具有10%至85%的結(jié)晶度的聚芳硫醚或聚芳醚酮。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求15中任一項所述的熱交換器，其中所述熱交換器是其中所述管和所述入口歧管和所述出口歧管均在單次噴射成型射擊中噴射成型的模塊。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的熱交換器，其包括堆疊在一起的多個所述熱交換器模塊。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的熱交換器，其中相鄰模塊是用墊片連接以產(chǎn)生流體密封，且被機械或粘性地束縛在一起。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的熱交換器，其中在所述堆疊的每個末端上的模塊包括作為其噴射成型結(jié)構(gòu)的一部分的實心端壁。
20.一種制造熱交換器管的方法，其包括擠壓包含聚芳硫醚或聚芳醚酮的熱塑性組合物，和用輻射或?qū)α骷訜嵩诶ο录訜崴鰯D壓管以將所述聚芳硫醚或聚芳醚酮的結(jié)晶度增 大到10%至85%。
【文檔編號】C08L81/02GK103890533SQ201280052636
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月26日
【發(fā)明者】G.S.札菲里斯, J.P.維斯森, S.本達普迪, B.L.德佩羅 申請人:開利公司