JP2005504252A - ポリマー押し出しにより作製された熱交換器およびそれから形成された構造体 - Google Patents

Abstract

管（２２）の層に注がれる溶融ポリマーのリボン（１６）と、追加される他の管（２２）の層およびポリマーの他のリボン（１６）を有する多層プラスチック管熱交換器の作製方法。このようにして形成された熱交換器構造体も開示されている。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に有用なプラスチック管バンドルの製造方法に関する。特に、本発明は、上記のような管を所望の位置に固定するためにポリマーを組み込む方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの熱交換器は、管および管シートから構築されている。管シートは、管を収容する孔を備えたほぼ平坦なシートである。熱交換器のアセンブリにおいて、金属コアの場合にはろう付けまたはその他の方法により、またはプラスチックコアの場合には溶融を含むサーマルボンディングプロセスにより、管はこれらの孔に挿入されて、管シートに接合される。ねじ込みとしても知られている、小径の薄壁プラスチック管を管シートの孔に挿入する方法は、機械的に厳しく、熱交換器を製造する速度および経済的な利点が制限される可能性がある。
【０００３】
また、プラスチックコアの場合には、管シートは、数多くのサドル状の層を積み重ねることにより形成することができる。各構成要素は、振動または超音波溶接のようなサーマルプロセスにより近接した構成要素に接合される。上記のようなプロセスは(特許文献１)に記載されている。このプロセスはねじ込み工程を必要としないが、得られる管シートの機械的強度は、管シートを構築するのに必要な個々の接合の数および品質により制限される。
【０００４】
【特許文献１】
欧州特許出願公開第０ ６７３ ４９６ Ｂ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、様々な形状の管を組み込むのに適した熱交換器のためのプラスチック管バンドルの作製方法を提供することである。本発明の特徴は、従来技術に比べて、熱交換器アセンブリの作製速度が改善されていることである。本発明の利点は、管を固定する前に早急に配置する必要のないプロセスが提供されることである。これらおよびその他の目的、特徴および利点は、詳細な説明から明白となろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、近接して互いに並列して保持された複数の管を有するポリマー管の層を形成する工程と、溶融ポリマー内に管を埋め込むのに十分な溶融ポリマーを管上に注ぐ工程と、ポリマーがまだ軟らかい間に、上記のような管の追加の層をポリマー上に配置して管を層に埋め込む工程と、追加の溶融ポリマーを管の追加の層に注ぐ工程と、最後の２つの工程を少なくとも１回繰り返してバンドルを形成し、バンドルを冷却してポリマーを硬化する工程と、１つ以上のヘッダと連通するように、ポリマーに囲われた管の端部を含む管バンドルを形造して、熱交換流体を集める工程と、を含むことを特徴とする熱交換器構造体のためのプラスチック管バンドルを作製する方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１に、一連のシーケンスにおける熱交換器作製方法１０が示されている。機器の主要な部品は交換器鋳型１２である。最終交換器のサイズの金属ボックスで、可動の内側プレート１４を有している。鋳型１２は、必要であれば水冷することができる。
【０００８】
シーケンス（１）では、ポリマー（この場合は、リボン１６として形成されている）が押し出しダイ１７から廃棄トレイ１８に押出されており、交換器鋳型１２は定位置にあって可動内側プレート１４がその上部にある。
【０００９】
シーケンス（２）では、交換器鋳型１２がポリマーリボン１６を横移動し、ポリマー層が内側プレート１４に置かれている。
【００１０】
シーケンス（３）では、管移動機構２０が管２２を鋳型１２に配置している。
【００１１】
シーケンス（４）では、鋳型１２が右へ横移動して、管２２を囲い、移動機構２０により管は定位置に保持される。
【００１２】
シーケンス（５）では、鋳型１２が左へ横移動して、内側プレート１４が１つの管層の下で割出しされる。管移動機構２０が再充填される。
【００１３】
シーケンス（６）では、交換器鋳型１２が右へ横移動するにつれて、管２２の次の層がポリマーリボン１６により囲われる準備位置に配置される。
【００１４】
所望の数の管層が積み重なって、十分なポリマーリボン１６が積み重なって交換器が完成するまでこのプロセスを繰り返す。熱交換器鋳型１２をポリマーの経路から割出し、交換器を固化して、内側プレート１４により鋳型１２から押し出して取り出す。製造施設においては、一つの交換器を冷却し、他の鋳型１２を充填すべく、割出しできる２つの鋳型１２を並列にするのが好ましい。プロセスは連続的であろう。
【００１５】
図２は、図１に示したプロセスの側面図である。上記のシーケンス（１）〜（６）を繰り返すと、ポリマーリボン１６に囲われた多層の管２２を含む熱交換器が形成されるのが分かる。冷却空気（矢印２４）を、内側プレート１４に向かって、または中を通るように適用してよい。更に、真空（矢印２６）もまた、従来の手段を用いて管２２の次の層近傍（シーケンス（６）のように）に適用してもよい。
【００１６】
当業者であれば、本明細書に記載したプロセス技術に任意の数の変形例および応用が導入され、本発明の範囲および権限内で予測される、ということが容易に理解されるであろう。例えば、プレカット管を充填した供給ホッパーをアセンブリに加えてもよい。供給を補助するのに、必要であれば、このホッパーは振動させてもよい。管はホッパーを出て、管２２を受ける溝を備えた管移動機構２０へ入る。上述の真空を機構に適用して、移動機構２０に与えられた溝で管２２を保持する。移動機構２０は、全ての溝が充填されるまでホッパーの下を横移動してから降ろされて逆転される。管２２は真空により定位置に保持される。管２２の端部は、図示されていない、火炎か混合ガスプラズマ放電（「エネルコン（Ｅｎｅｒｃｏｎ）」製の機器等）のいずれかの処理領域を通過してもよい。
【００１７】
ポリマーを管２２に積み重なる好ましい技術は、ポリマーをリボン１６として形成するものである。例えば、ポリマーリボン１６は通常、管２２の全ての部分または大部分、または所望の部分を覆うサイズとする。管のリボン接合は、管シートを射出成形する必要性および多数の小管を予め作製された孔にねじ込み接合する必要性を排除することにより、熱交換器コアの製造を単純化するものである。それにより楕円や三角といった輪郭を備えた非円形の管で交換器を形成することのできるシステムが作られる。
【００１８】
このプロセスにとって重要なことは、材料の選択と温度制御である。リボン１６のポリマーは、管２２の周囲を流れる十分な流動性を有していなければならないが、固化の前に側部へ流れ過ぎないよう十分な粘性を有していなければならない。側部フローは、リボン押し出し温度、鋳型温度および冷却空気率および温度により制御することができる。リボン１６の温度は、管２２の融点よりも低くてもよいが、接合の融点には近い方が良い。管２２の火炎またはプラズマ処理は、良好な接合を得るためには非常に重要である。
【００１９】
管２２がナイロン６６、またはナイロン６６でコートされている場合には、ナイロン６がリボン１６の材料として好ましい。
【００２０】
以下の実施例により本発明はより良く理解されるであろう。
【実施例】
【００２１】
本実施例においては、図１および２に示すような単純な機器を構築した。鋳型は、下方へ可動なプラットフォームまたは底部を有している。鋳型を溶融ポリマーリボンの下で前後に横移動して、ポリマー層を構築した。次に、管層を加え、鋳型をリボンの下で横移動して、管をポリマーで封緘した。プラットフォームの管層厚さの下で割出し、他の管層を上部に配置した。鋳型をリボンの下で横移動することにより、この層をポリマーで封緘した。全ての管層が積み重なるまでこれを繰り返し、鋳型を更に数回横移動させてポリマーの層を構築した。鋳型をリボンの下から取り出し、短い時間冷却した後、管バンドルを除去し、冷水で更に冷やした。水を飛ばした。管層を保持していたスペーサバーを除去した。端部を帯のこで切断し、高速エッジャーまたは平削盤を用いて平滑化した。
【００２２】
得られた熱交換器は、それぞれ２４本の管の７層、合計で１６８本の管（それぞれ外径３．７ｍｍおよび壁厚さ０．２ｍｍ）を含んでいた。このアセンブリの大きさは、幅１６０ｍｍ、厚さ５０ｍｍ、各封緘層の平均幅（リボンそのものの幅を意味する）は１０ｍｍであった。各管の長さは１８０ｍｍであった。管は、ザイテル（Ｚｙｔｅｌ）（登録商標）４２Ａポリアミド６−６（本願特許出願人より入手可能）でできており、封緘ポリマーはＢＡＳＦよりウルトラミド（Ｕｌｔｒａｍｉｄ）ＢＳ７００−Ａとして入手可能なナイロン６であった。
【００２３】
ポリマー供給は、各端部で幅１２．７ｍｍのリボンを与えるべく縁を切断した２２９ｍｍの平滑フィルムダイを備えた従来の３０ｍｍ押出し機からであった。
【００２４】
本明細書に記載したプロセスに用いる機器は、ストローク長さおよびレートが制御可能および調整可能な機械的横移動機器を組み込んでいるのが好ましい。更なる機器の要件としては、鋳型プラットフォームに正の割出し装置、管配置装置、管端部配置装置、および封緘完了後溶融ポリマーを成形すべく配置された上部鋳型プレートが含まれる。
【００２５】
システムはまた、リボンが接着される範囲の管端部が混合ガスプラズマ放電により処理される処理領域を組み込んでいるのが好ましい。火炎処理は制御がより難しい場合がある。
【００２６】
リボンを作成するための従来の押し出しダイの代わりに、ポリマーを搬送するのに一組の加熱管を用いることができる。出口形状は、さほど重要ではないが、丸孔が適切である。
【００２７】
端部間に管の支持を設けるのが望ましい場合には（例えば、管の振動を防ぐために）、３、４または任意の数を用いることができる。例えば、管バンドルに追加の支持を設けるために、管端部近傍の位置に加えて、溶融ポリマーを選択した中間位置に置いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】有用な機器を含めた、本発明の熱交換器作製シーケンスを示す。
【図２】図１に示した機器の側面図である。

Claims (5)

1. 近接して互いに並列して保持された複数の管を有するポリマー管の層を形成する工程と、
   溶融ポリマー内に前記管を埋め込むのに十分な溶融ポリマーを前記管上に注ぐ工程と、
   前記ポリマーがまだ軟らかい間に、上記のような管の追加の層を前記ポリマー上に配置して前記管を前記層に埋め込む工程と、
   追加の溶融ポリマーを前記管の追加の層に注ぐ工程と、
   最後の２つの工程を少なくとも１回繰り返してバンドルを形成し、
   前記バンドルを冷却して前記ポリマーを硬化する工程と、
   １つ以上のヘッダと連通するように、前記ポリマーに囲われた前記管の端部を含む管バンドルを形造して、熱交換流体を集める工程と
   を含むことを特徴とする熱交換器構造体のためのプラスチック管バンドルの作製方法。
2. 前記管およびリボンのポリマーが、両者ともポリアミドであり、前記管は前記リボンのポリマーよりも融点が高いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記管の前記端部が、その上に溶融ポリマーを追加する前に、混合ガスプラズマ放電により処理されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記溶融ポリマーが、前記管上でリボンの形状で注がれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 請求項１に記載の前記方法を用いて形成された熱交換器構造体。

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