[发明专利]薄膜复合热交换器

说明书

技术领域

一般而言，本发明涉及热交换器，且更特别是涉及传热材料薄膜在具有薄且开口结构的多孔支撑上的用途。

背景技术

在一般情况下，热交换器是一种被动从一种材料转移热量到另一材料的装置。材料通常是液体或气体。热交换器所做的工作是根据以下热力学定律：当物体被加热时，所述物体内所包含的热能会向外扩散到周围环境中，直到已在物体和环境之间达到平衡。热交换器有多种用途，包括但不限于，空间加热、制冷、空调、电厂、化工厂、石化厂、炼油厂、天然气处理和污水处理中的传热。

基本热交换器的设计一般涉及由障碍分离的两个腔室或通道。含要转移热能的进料流穿过一个通道，和可接收热能的一个流穿过另一个通道。流也可以同流或逆流流动。热在两个流之间通过穿过障壁而扩散，直到传热速率匹配这种转移的抵抗。所使用的热交换器的类型和尺寸取决于用作障碍的材料类型和所引入的材料流的各种性质，包括它们的相位、温度、密度、粘度、压力、化学组成和各种其它特性。

两种最常见的热交换器类型是管壳式热交换器和板框式热交换器。其它类型的热交换器包括但不限于，绝热轮热交换器、板翅式热交换器、流体热交换器、余热回收单元、动态刮面热交换器、相变型热交换器、直接接触式热交换器、空气线圈和螺旋式热交换器。

螺旋式热交换器可以是指螺旋管配置，但更经常的是一对平坦表面，其盘绕以形成呈逆流配置的两个通道。螺旋式热交换器通常与有效地利用的空间和低能量成本有关。某些应用包括但不限于巴氏杀菌、蒸煮加热、热回收、预加热、出水冷却和污泥处理。

壳管式热交换器由一系列成捆配置且通过插入隔离板悬浮在壳内的管组成。壳管式热交换器因为它们材料的强度被认为是坚固的，且因为它们材料的高导热系数和由它们的设计所导致的流体混合属性被认为是有效的。壳管式热交换器通常适用于较高压力和较高温度的应用，并常常用于炼油厂和其它大型化学过程。管必须由坚固、导热、耐腐蚀的材料制成。高品质管材料通常是金属，包括但不限于，铜合金、不锈钢、碳钢、非铁的铜合金、因科镍合金、镍、哈氏合金(Hastelloy)和钛。

板式热交换器是由多个薄且稍分开的板组成，所述板具有用于传热的大表面积和流体流动通道。板通常由金属制成。板式热交换器一般是结构紧凑，且与高总传热系数相关联。液体在板上摊开，从而促进热传递和大大增加温度变化的速度。板式热交换器非常适合在中压和低压材料之间传热。这种类型的大型热交换器被称为板框式，并经常用于加热、通风和空调应用中。小型板式热交换器用于家庭供暖和热水。非常小的钎焊版本是用于组合式锅炉的热水部分。

发明内容

本发明一般涉及薄膜复合热交换器和制造薄膜复合热交换器的方法。所述热交换器可利用聚合物或其它材料(包括但不限于无机材料，诸如硅、粘土、陶瓷、砖或金属)制成。根据一个或多个方面，热交换器可由非腐蚀性耐用材料制成，所述材料可以薄涂层施用以使抗传热性和材料成本最小。在某些实施方案中，本发明通过例如利用代替膜材料的不同材料(例如，具有高耐热性和传热性的传热材料)和并入制造支撑结构的额外材料和工具而在美国专利申请12/862,584(本申请主张其优先权)中所公开的前渗透制造技术上进行修改和改进，以产生更类似于与超滤膜相对的微滤膜的结构，因此产生具有出乎意料和有价值的好处(例如，低成本、更高性能和低腐蚀性或无腐蚀性)的新颖薄膜复合聚合物热交换器。

在一个方面，本发明涉及一种制造薄膜复合热交换器的方法。所述方法包括以下步骤：提供底座支撑结构，诸如织物或纸，将材料施用至所述支撑结构以形成多孔支撑层，诸如，通过相转化所制成的多孔聚合物，及接着利用传热材料(诸如，聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚醚乙基酮(PEEK))涂覆所述支撑层。可经由已知沉积法，例如，气相沉积或喷墨型印刷方法施用传热材料。随后，可将所述热交换基板置于用于热交换器设计的类型模组，诸如板框式或壳管式设计。胶水、弹性体材料和/或其它机械工具可利于制造。所用材料的选择可通过使热交换器可打算用于操作的各种参数了解，所述参数包括温度、压力和化学环境。

根据一个或多个实施方案，所述支撑结构可为非对称或对称的且由呈单一单元的聚合物(例如，仅聚砜(PS))或作为层合物(例如，在聚对苯二甲酸乙二酯(PET)上的PS)组成。根据一个或多个实施方案，所述支撑结构关于至少一个表面的多孔结构可为超滤(UF)或微滤(MF)。在一个实施方案中，所述热交换器可包括改进的UF或MF膜。