TW202040039A - 絕緣軟管配置 - Google Patents

Abstract

一種軟管總成包括：一軟管，該軟管界定一內部流體通路及一外表面；一末端連接件，該末端連接件附接至該軟管之一第一末端；一絕緣材料，該絕緣材料包裹至該軟管之該外表面上；一覆蓋物，該覆蓋物安裝在該絕緣材料上方；及一彈性體套管，該彈性體套管在該末端連接件及該覆蓋物之至少一部分上面延伸且與該末端連接件及該覆蓋物之至少一部分壓縮接合。該絕緣材料、該覆蓋物及該彈性體套管各自經分級以供在至少約135℃之一溫度下連續使用。

Description

絕緣軟管配置

相關申請案之交互參考

本申請案主張在2019年3月15日申請且題為「絕緣軟管配置(INSULATED HOSE ARRANGEMENTS)」之美國臨時專利申請案第62/818,983號之優先權及所有權益，該美國臨時專利申請案之全部揭示內容係以引用的方式併入本文中。

本發明係關於可撓性軟管總成及製造可撓性軟管總成之方法。更特別地，本發明係關於具有熱絕緣之可撓性軟管，該等軟管經組態以在提供極端工作溫度(例如，低至-53℃及/或高達250℃之溫度)同時維持軟管可撓性。

無

根據本發明中呈現的發明中之一或多者之一實施例，一種軟管總成包括：一軟管，該軟管界定一內部流體通路及一外表面；一末端連接件，該末端連接件附接至該軟管之一第一末端；一絕緣材料，該絕緣材料包裹至該軟管之該外表面上；一覆蓋物，該覆蓋物環繞該絕緣材料；及一彈性體套管，該彈性體套管在該末端連接件及該覆蓋物之至少一部分上面延伸且與該末端連接件及該覆蓋物之至少一部分壓縮接合。該絕緣材料、該覆蓋物及該彈性體套管各自經分級以供在至少約135℃之一溫度下連續使用。

根據本發明中呈現的發明中之一或多者的另一實施例，考慮一種製造一軟管總成之方法。在例示性方法中，提供以下各者：一軟管，該軟管界定一內部流體通路及一外表面；及一末端連接件，該末端連接件附接至該軟管之一第一末端。將一絕緣材料包裹至該軟管之該外表面上，且在該絕緣材料上方安裝一覆蓋物。在該末端連接件及該覆蓋物之至少一部分上方且與該末端連接件及該覆蓋物之至少一部分成壓縮接合地安裝一彈性體套管。該絕緣材料、該覆蓋物及該彈性體套管各自經分級以供在至少約135℃之一溫度下連續使用。

儘管發明之各種發明性態樣、概念及特徵可在本文中描述且說明為在例示性實施例中組合地具體化，但此等各種態樣、概念及特徵可個別地或以各種組合及其子組合在許多替代性實施例中使用。除非本文中明確地排除，否則所有此等組合及子組合意欲在本發明之範疇內。更進一步，儘管可在本文中描述關於本發明之各種態樣、概念及特徵之各種替代性實施例，諸如替代性材料、結構、組態、方法、電路、裝置及組件、軟體、硬體、控制邏輯、關於形式、配合及功能之替代物等，但此等描述不欲作為目前已知或稍後開發之可用替代性實施例之完整或窮舉式列表。熟習此項技術者可容易在處於本發明之範疇內的額外實施例及使用中採用發明性態樣、概念或特徵中之一或多者，即使此等實施例未在本文中明確地揭示。另外，儘管本發明之一些特徵、概念或態樣在本文中可描述為較佳配置或方法，但此描述不欲暗示此特徵係所需的或必要的，除非明確地如此說明。更進一步，可包括例示性或代表性值及範圍以幫助理解本發明，然而，此等值及範圍不應在限制意義上解釋，且僅在明確說明之情況下意欲作為臨界值或範圍。識別為「近似」或「約」規定值之參數意欲包括該規定值及在該規定值之10%內的值，除非另有明確說明。此外，將理解，本發明伴隨之圖式可以但不必按比例，且因此可理解為教示圖式中顯而易見之各種比及比例。此外，儘管各種態樣、特徵及概念在本文中可明確地識別為發明性的或形成發明之部分，但此識別不欲為排他的，而可能存在在未明確地如此識別或作為特定發明之部分的情況下在本文中充分描述之發明態樣、概念及特徵，該等發明改為在隨附申請專利範圍中陳述。對例示性方法或程序之描述不限於包括如在所有情況下需要之全部步驟，亦不限於將呈現步驟之次序解釋為所需的或必要的，除非明確地如此說明。

許多應用需要可撓性軟管以在流體系統中之兩個點之間提供流體連接，其中軟管之可撓性允許各種流體線路佈線要求、熱膨脹、未對準及間歇性或連續撓曲(例如，歸因於系統振動)。一些可撓性軟管可具備具有相對高熱導率之核心管材料(例如，不鏽鋼)，選擇該核心管材料以適合用於極端的高或低系統溫度。此等軟管可需要例如包圍核心管之絕緣材料，以提供溫度控制之穩定性，以避免低溫應用中之冷凝及/或以在高溫應用中保護使用者免於燒傷。已知的絕緣軟管總成使用圍繞軟管包覆的基於玻璃纖維或「黑色發泡體」絕緣材料，此常常導致絕緣軟管總成之外徑明顯增大及/或軟管總成之可撓性減小。許多絕緣材料傾向於產生在一些軟管應用中特別不想要之過度灰塵或其他污染物。

根據本發明之一例示性態樣，軟管可具備一絕緣材料纏繞配置，該絕緣材料包裹配置維持可撓性、有利於製造、提供更清潔、污染減少之構造及/或進一步提供溫度等級。在一個實施例中，一氣凝膠複合物絕緣材料(例如，帶、條帶或片材)可包圍軟管之外表面纏繞以為軟管提供外部絕緣。該氣凝膠複合物可包括多種合適之材料，包括例如例如藉由擠壓或雙輥處理形成之膨脹PTFE (ePTFE)與氣凝膠混合物。該絕緣材料可以但不必形成附接至在核心材料之一側或兩側上的外部膜片或膜。例示性之PTFE-氣凝膠複合物絕緣材料係在美國專利第7,868,083號中描述，該美國專利之全部揭示內容係以引用的方式併入本文中。

在一例示性實施例中，可選擇一基於PTFE之氣凝膠絕緣材料，以提供以下性質中之一或多者：介於約-53℃與約250℃之間的連續使用溫度(例如，用於處於此等溫度下之系統流體)及在室溫(約23℃)下小於約25 mW/m K (例如，約21 mW/m K)之熱導率；在約225℃下約26 mW/m K之熱導率；及能夠滿足UL94 V-0可燃性等級。一例示性的基於PTFE之氣凝膠可包括一ePTFE基質，該ePTFE基質經組態以保持氣凝膠晶體以用於最小灰塵或粒子流泄。另外，該材料可具疏水性以將濕氣、可滲透蒸汽之吸收減至最少，以防止絕緣材料下的軟管之金屬表面(例如，金屬編織保護層)之腐蝕。

絕緣材料可以包括例如厚度在近似0.5 mm與5 mm之間(例如，近似1.5 mm厚)的多種厚度提供，且可切割至包括例如寬度在近似0.5吋與5吋之間(例如近似1.5吋寬)的多種合適之寬度。絕緣材料可以多種配置包圍軟管纏繞，該等配置包括例如縱向地或螺旋地包裹配置。在一例示性實施例中，絕緣材料係以一預定重疊螺旋地包裹，例如以防止下層軟管表面在軟管彎曲或撓曲時暴露。在一些實施例中，可選擇重疊之程度，使得絕緣材料之單一條帶可提供多層絕緣材料，例如提供提高之絕緣性質、增大之工作溫度範圍及/或增強之處置安全性。舉例而言，絕緣材料可具備50%之重疊以使用絕緣材料之單一條帶提供兩層絕緣材料，或具備66%之重疊以使用絕緣材料之單一條帶提供三層絕緣材料。另外或替代地，絕緣材料之多個條帶或包裹可包圍軟管纏繞以提供多層絕緣材料。舉例而言，絕緣材料之兩個條帶可以0%重疊各自一個包裹在另一個上面以提供兩層，或具有50%重疊以提供四層絕緣材料。額外條帶可與第一包覆物相反地捲繞或與第一條帶縱向地偏移，例如以防止下層軟管表面在軟管彎曲或撓曲時暴露。

根據本發明之另一態樣，絕緣軟管可具備一覆蓋物，該覆蓋物係針對極端溫度等級(例如，高達150℃，或在-200℃與180℃之間，例如，以供在此等溫度下之環境中使用)、防水、蒸汽滲透性及阻燃類似地選擇。儘管可利用許多不同之覆蓋物材料，但在一例示性實施例中，耐久之熱阻性工程化織物可用作為軟管之覆蓋包覆物。該織物可以一細長條帶提供，該細長條帶具有一合適寬度(例如，在約1吋與約5吋之間，或約3吋)、螺旋地包裹在絕緣材料上面。例示性材料包括諸如Kevlar®的聚芳醯胺纖維織物，或諸如Gore-Tex®的基於ePTFE之工程化織物。該工程化織物可充分地拉伸以維持經包裹軟管之彎曲性/可撓性，且可包裹在絕緣材料上而不將織物覆蓋物以黏合方式結合至絕緣材料，以進一步維持經包裹軟管之彎曲性/可撓性。在一個此實施例中，該工程化織物可包括一基質，該基質經定向以將沿著織物條帶之長度的拉伸性減至最小(例如，在5磅張力下小於約1%之伸長率)，同時提供在條帶之寬度上的更大拉伸性(例如，在5磅張力下至少約10%之伸長率)。此配置提供張力(例如，約5磅張力)以將包裹之織物覆蓋物固定在適當位置(即使不存在黏合結合)，同時維持經包裹軟管之高可撓性及低彎曲力。

在一例示性實施例中，一工程化織物覆蓋物包覆物係由具有近似5盎司每平方碼之密度及-200℃至180℃之工作溫度範圍的阻燃性PTFE/聚酯織物形成，以近似3吋寬之條帶提供且以重疊方式(例如，近似50%重疊)包圍絕緣材料包裹之軟管緊密地螺旋包裹。圖1圖示一例示性絕緣軟管區段10，該區段具有界定一內部流體通路之波紋金屬(例如，不鏽鋼)核心管11及界定軟管10之一外表面之編織金屬護套12。可另外或替代地利用其他軟管材料(例如，PTFE)、層及組態。近似1.5 mm厚且近似1.5吋寬的基於PTFE之氣凝膠絕緣材料13 (例如，具有上文描述之性質中之一或多者)之條帶係以50%重疊螺旋地包裹至編織金屬護套12上，以沿著軟管10之長度提供實質上均勻的雙層絕緣材料。近似3吋寬且具有近似5盎司每平方碼之密度的PTFE/聚酯工程化織物14 (例如，具有上文描述之性質中之一或多者)之條帶係以50%重疊螺旋地包裹至絕緣材料13上，以達到至少約5磅之張力，以沿著軟管10之長度提供實質上均勻的雙層覆蓋織物14。

在另一例示性實施例中，熱收縮聚合物覆蓋物可在絕緣層上面塗覆或安裝，例如以經選擇以提供阻燃性覆蓋物及/或防止絕緣軟管總成之蒸汽滲透之材料。在一個實例中，在收縮時具有約1 mm之厚度及-55℃至約135℃之工作溫度範圍的聚烯烴管可安置在絕緣層上面且熱收縮成相對於絕緣層壓縮保持(例如，至少5磅之張力)。在一例示性配置中，穿過聚烯烴管插入一絕緣材料包裹之軟管(若需要，將空氣沖至管中以對管充氣)。(例如，藉由熱槍及/或烘箱)將管加熱至高達約177℃之溫度，以使管材料收縮成與絕緣材料壓縮接合。熱收縮管之末端可視需要加以修整。

習知軟管包括用於連接流體控制系統內之軟管之金屬末端連接件。儘管此等金屬連接件通常經分級以忍受極端溫度，但對導熱之末端連接件之使用者處置在該軟管暴露於極端溫度時可為有害的。根據本發明之另一態樣，一熱阻套管可設置在軟管之金屬末端連接件上方，在絕緣材料之一末端部分及軟管總成之覆蓋物上面延伸。圖2及圖2A圖示一例示性軟管總成100、100a，該軟管總成包括：一內部、有護套軟管110 (例如，波紋核心管及編織金屬護套，如圖1所示)，軟管110延伸至捲曲、焊接或另外附接至軟管110之金屬末端連接件120 (例如，用於焊接之管短柱末端連接件或具有管配件之連接件)；絕緣材料130 (例如，圖1之實施例的基於PTFE之氣凝膠絕緣材料13之螺旋包裹之條帶)；及覆蓋物140、140a。在圖2之圖示實施例中，覆蓋物140係由織物之螺旋捲繞條帶(例如，圖1之實施例的PTFE/聚酯工程化織物14之螺旋捲繞條帶)形成。在圖2A之圖示實施例中，該覆蓋物係由熱收縮聚合物管(例如，如上所述)形成。如所示，絕緣材料130及覆蓋物140、140a可以(但不必)在金屬末端連接件120之最後面部分或軸環121上面延伸。熱阻套管150係安裝在該末端連接件之底座部分122上面且在絕緣材料130及覆蓋物140、140a之末端部分上方向後延伸。套管可以具有可比得上絕緣材料之溫度(例如，至少約250℃，或約260℃)的連續使用溫度之材料提供，該材料諸如例如聚矽氧。儘管僅展示了軟管總成100、100a之一個末端，但軟管總成之相反末端可以(但不必)包括類似之末端連接件及套管配置。

儘管一些習知軟管套管係以熱收縮材料提供以可靠地扣緊軟管或軟管末端，但例示性熱阻套管可以一材料提供，該材料經選擇以准許套管之彈性拉伸或膨脹以使套管與軟管末端(例如，末端連接件及覆蓋物之鄰近部分)對準，且隨後在軟管末端上收縮成扣緊或壓縮保持接合。在一例示性實施例中，聚矽氧套管具有介於約20與約50之間或介於約35與約45之間或約40之硬度計，以准許套管之彈性拉伸安裝。此外，聚矽氧套管可係過氧化物固化的(例如，能夠滿足UL94 V-0可燃性等級的黑色高溫過氧化物固化之聚矽氧管)以將由長期暴露於高溫引起的套管之乾燥或開裂減至最少。 實例1：

具有具波紋不鏽鋼核心管及編織金屬護套之½吋標稱直徑可撓性金屬軟管之主體軟管產品的樣本經包裹具有兩層、四層或六層1.5 mm厚之PTFE-氣凝膠複合物絕緣材料，且被PTFE/聚酯工程化織物之螺旋纏繞條帶覆蓋。圖3圖示展示與主體(非絕緣)軟管總成相比，當暴露於高達250℃之液體介質流體溫度時的在室溫(約24℃)應用中之絕緣軟管總成之外表面溫度的圖表。如自該圖表顯而易見，根據本發明之絕緣軟管可提供處於在兩層絕緣材料之情況下至多約140℃、在四層絕緣材料之情況下至多約195℃且在六層絕緣材料之情況下大於250℃的流體溫度下之「觸摸安全」(根據ASTM C1055，60℃最高)外表面。

發明性態樣已參考例示性實施例描述。修改及更改將其他人在閱讀且理解本說明書之後被想起。在所有此等修改及更改在附加之申請專利範圍或其等效物之範疇內的情況下，希望包括所有此等修改及更改。

10:軟管 11:波紋金屬(例如，不鏽鋼)核心管 12:編織金屬護套 13:基於PTFE之氣凝膠絕緣材料 14:PTFE/聚酯工程化織物 100,100a:軟管總成 110:內部的有護套軟管 120:金屬末端連接件 121:最後面部分或軸環 122:底座部分 130:絕緣材料 140,140a:覆蓋物

另外的優點及益處將在結合附圖考慮以下描述及隨附申請專利範圍之後變得對熟習此項技術者顯而易見，在附圖中：

圖1係根據本發明之一例示性實施例的絕緣軟管之一區段之半縱向橫截面圖；

圖2及圖2A係根據本發明之另一例示性實施例的絕緣軟管總成之部分橫截面圖；且

圖3圖示展示在高溫流體條件下使用之絕緣軟管的外表面溫度之圖表。

10:軟管

11:波紋金屬(例如，不鏽鋼)核心管

12:編織金屬護套

13:基於PTFE之氣凝膠絕緣材料

14:PTFE/聚酯工程化織物

Claims (48)

1. 一種軟管總成，該軟管總成包含： 一軟管，該軟管界定一內部流體通路及一外表面； 一末端連接件，該末端連接件附接至該軟管之一第一末端； 一絕緣材料，該絕緣材料包裹至該軟管之該外表面上； 一覆蓋物，該覆蓋物環繞該絕緣材料；及 一彈性體套管，該彈性體套管在該末端連接件及該覆蓋物之至少一部分上面延伸且與該末端連接件及該覆蓋物之至少一部分壓縮接合； 其中該絕緣材料、該覆蓋物及該彈性體套管各自經分級以供在至少約135℃之一溫度下連續使用。
2. 如請求項1之軟管總成，其中該絕緣材料包含一基於PTFE之氣凝膠。
3. 如請求項1及2中任一項之軟管總成，其中該絕緣材料經分級以供在介於約-53℃與約250℃之間的溫度下連續使用。
4. 如請求項1至3中任一項之軟管總成，其中該絕緣材料經分級以供在至少約250℃之一溫度下連續使用。
5. 如請求項1至4中任一項之軟管總成，其中該絕緣材料具有在約23℃下小於約25 mW/m K之一最大熱導率。
6. 如請求項1至5中任一項之軟管總成，其中該絕緣材料能夠滿足UL94 V-0可燃性等級。
7. 如請求項1至6中任一項之軟管總成，其中該絕緣材料包含絕緣材料之一第一條帶，絕緣材料之該第一條帶螺旋地包裹至該軟管之該外表面上。
8. 如請求項7之軟管總成，其中絕緣材料之該第一條帶係以一近似50%之重疊螺旋地包裹至該軟管之該外表面上。
9. 如請求項7及8中任一項之軟管總成，其中該絕緣材料包含絕緣材料之一第二條帶，絕緣材料之該第二條帶螺旋地包裹至絕緣材料之該第一條帶上。
10. 如請求項7至9中任一項之軟管總成，其中絕緣材料之該第一條帶具有沿著長度的在5磅張力下約1%之一最大伸長率，及在寬度上的在5磅張力下約10%之一最小伸長率。
11. 如請求項1至10中任一項之軟管總成，其中該覆蓋物包含包裹至該絕緣材料上之一織物覆蓋物。
12. 如請求項11之軟管總成，其中該織物覆蓋物包含一PTFE/聚酯工程化織物。
13. 如請求項11及12中任一項之軟管總成，其中該織物覆蓋物包含螺旋地包裹至該絕緣材料上之一織物條帶。
14. 如請求項13之軟管總成，其中該織物條帶係以一近似50%之重疊螺旋地包裹至該絕緣材料上。
15. 如請求項13及14中任一項之軟管總成，其中該織物條帶係不用黏合劑而螺旋地包裹至該絕緣材料上。
16. 如請求項13至15中任一項之軟管總成，其中該織物條帶係螺旋地包裹以維持至少約5磅之一張力。
17. 如請求項1至10中任一項之軟管總成，其中該覆蓋物包含一熱收縮聚合物管。
18. 如請求項17之軟管總成，其中該聚合物管包含聚烯烴。
19. 如請求項1至18中任一項之軟管總成，其中該彈性體套管包含聚矽氧。
20. 如請求項19之軟管總成，其中該彈性體套管包含一過氧化物固化之聚矽氧。
21. 如請求項1至20中任一項之軟管總成，其中該彈性體套管經分級以供在至少約250℃之一溫度下連續使用。
22. 如請求項1至21中任一項之軟管總成，其中該軟管包含界定該內部流體通路之一波紋金屬管。
23. 如請求項1至22中任一項之軟管總成，其中該軟管包含界定該外表面之一編織金屬護套。
24. 如請求項1至23中任一項之軟管總成，該軟管總成進一步包含：一第二末端連接件，該第二末端連接件附接至該軟管之一第二末端；及一第二彈性體套管，該第二彈性體套管在該第二末端連接件及該覆蓋物之至少一部分上面延伸且與該第二末端連接件及該覆蓋物之至少一部分壓縮接合。
25. 一種製造一絕緣軟管總成之方法，該方法包含以下步驟： 提供以下各者：一軟管，該軟管界定一內部流體通路及一外表面；及一末端連接件，該末端連接件附接至該軟管之一第一末端； 將一絕緣材料包裹至該軟管之該外表面上； 圍繞該絕緣材料安裝一覆蓋物；及 在該末端連接件及該覆蓋物之至少一部分上方且與該末端連接件及該覆蓋物之至少一部分成壓縮接合地安裝一彈性體套管； 其中該絕緣材料、該覆蓋物及該彈性體套管各自經分級以供在至少約135℃之一溫度下連續使用。
26. 如請求項25之方法，其中該絕緣材料包含一基於PTFE之氣凝膠。
27. 如請求項25及26中任一項之方法，其中該絕緣材料經分級以供在介於約-53℃與約250℃之間的溫度下連續使用。
28. 如請求項25至27中任一項之方法，其中該絕緣材料經分級以供在至少約250℃之一溫度下連續使用。
29. 如請求項25至28中任一項之方法，其中該絕緣材料具有在約23℃下小於約25 mW/m K之一熱導率。
30. 如請求項25至29中任一項之方法，其中該絕緣材料能夠滿足UL94 V-0可燃性等級。
31. 如請求項25至30中任一項之方法，其中將該絕緣材料包裹至該軟管之該外表面上包含將絕緣材料之一第一條帶螺旋地包裹至該軟管之該外表面上。
32. 如請求項31之方法，其中將絕緣材料之該第一條帶螺旋地包裹至該軟管之該外表面上包含以一近似50%之重疊將絕緣材料之該第一條帶螺旋地包裹至該軟管之該外表面上。
33. 如請求項31及32中任一項之方法，其中將該絕緣材料包裹至該軟管之該外表面上進一步包含將絕緣材料之一第二條帶螺旋地包裹至絕緣材料之該第一條帶上。
34. 如請求項31至33中任一項之方法，其中絕緣材料之該第一條帶具有沿著長度的在5磅張力下約1%之一最大伸長率，及在寬度上的在5磅張力下約10%之一最小伸長率。
35. 如請求項25至34中任一項之方法，其中該覆蓋物包含一織物覆蓋物，且圍繞該絕緣材料安裝該覆蓋物包含將該織物覆蓋物包裹至該絕緣材料上。
36. 如請求項35之方法，其中該織物覆蓋物包含一PTFE/聚酯工程化織物。
37. 如請求項35及36中任一項之方法，其中將該織物覆蓋物包裹至該絕緣材料上包含將一織物條帶螺旋地包裹至該絕緣材料上。
38. 如請求項37之方法，其中將該織物條帶螺旋地包裹至該絕緣材料上包含以一近似50%之重疊將該織物條帶螺旋地包裹至該絕緣材料上。
39. 如請求項37及38中任一項之方法，其中將該織物條帶螺旋地包裹至該絕緣材料上包含不用黏合劑而將該織物條帶螺旋地包裹至該絕緣材料上。
40. 如請求項37至39中任一項之方法，其中將該織物條帶螺旋地包裹至該絕緣材料上包含將該織物條帶螺旋地包裹至該絕緣材料上以維持至少約5磅之一張力。
41. 如請求項25至34中任一項之方法，其中該覆蓋物包含一聚合物管，且圍繞該絕緣材料安裝該覆蓋物包含使該聚合物管相對於該絕緣材料熱收縮。
42. 如請求項41之方法，其中該聚合物管包含聚烯烴。
43. 如請求項25至42中任一項之方法，其中該彈性體套管包含聚矽氧。
44. 如請求項43之方法，其中該彈性體套管包含一過氧化物固化之聚矽氧。
45. 如請求項25至44中任一項之方法，其中該彈性體套管經分級以供在至少約250℃之一溫度下連續使用。
46. 如請求項25至45中任一項之方法，其中在該末端連接件及該覆蓋物之該部分上方且與該末端連接件及該覆蓋物之該部分成壓縮接合地安裝該彈性體套管包含以下步驟：彈性地擴大該彈性體套管；將該擴大之彈性體套管與該末端連接件及該覆蓋物之該部分對準；及允許該彈性體套管縮小而與該末端連接件及該覆蓋物之該部分成壓縮保持接合。
47. 如請求項25至46中任一項之方法，其中該軟管包含界定該內部流體通路之一波紋金屬管。
48. 如請求項25至47中任一項之方法，其中該軟管包含界定該外表面之一編織金屬護套。

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