多区段管板的制作方法
【专利说明】多区段管板
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请为于2014年11月7日提交的US申请N0.14/535，655的部分继续申请(CIP)，该申请根据35U.S.C.§ 119(e)要求于2014年10月14日提交的共同拥有且共同未决的US临时专利申请N0.62/063，681的优先权并且通过参引以整体的方式并入本文。另外对于2014年11月7日提交的共同未决的申请N0.14/535，596以及与该申请同日提交且目前由代理人案号03413-2确定的共同未决的部分继续(CIP)申请进行了参照。以上所确定的申请通过参引以整体的方式并入本文。
技术领域
[0003]本发明总体上涉及通常用在如过滤和热交换的这种领域中的管板。更特别地，本发明涉及对管板的构型的改进，这种改进增强了管板的功能并且使管板能够用更少的花费来制造。甚至更特别地，本发明涉及下述改进管板构型:这种改进管板构型用于通过采用特别是用在热交换器构型中的管板的活性介质层来提供更好的过程控制。
【背景技术】
[0004]在过滤和热交换的领域中，具有通常用于形成分隔区域的装置；该装置也被称作管板。管板旨在支承于壳体或箱中并且主要用于支承通常呈用于过滤或热交换的滤管的形式的多个过滤或联接元件。通过示例对描述了各种过滤构型的US专利3，715，033、4，609，462和5，128，038进行了参照，在上述过滤构型中，滤管由实质上形成了边界区域——通过该边界区域可以影响过滤或者甚至热交换——的管板支承。对于热交换器的应用而言，可以参照示出了管板构型的用途的US专利4，485，547、4，782，571和4，827，605。管板不仅对管提供支承，而且还用作对该管板的两侧上的介质的隔板，从而有效地保持间断性以使得可以发生转换。
[0005]在实际操作中，经常会发生管板的相反两侧上的压差超过正常操作的压差、管板中存在很大的压力或者管板本身具有很大的压力的情况。为了克服压差并保持结构刚度，管板通常被生产有很大的厚度并且以大的公差来进行机加工以容纳管。在‘462专利中以管板32示出了管板的一个特定的公开。
[0006]管板的厚度解决了结构刚度的问题，同时起作用为隔板和用以保持管之间间隔的手段。这产生了花费。通常通过钻孔或水射流切割来进行机加工过程以产生所需的足够刚性且大的公差的屏障是缓慢且花费较大的过程。
[0007]在典型的管板构型中，管板可以由金属材料如不锈钢形成并且可以具有1/2英寸的厚度。由不锈钢形成的板被制造成各种直径:在直径不到I英尺至直径大于5英尺之间，并且随后通过常规的钻头或水射流切割器来进行钻孔(I个至2500个或更多个孔)以有助于管元件的插入。该过程较繁琐并且非常耗时:生产一个直径为5英尺的板需要多至20个小时。
[0008]所使用的大部分的管板都是以这种方式制造的，无论其是用在热交换器、过滤器中，还是用于反向渗透、蒸馏，或者是用作冷凝器、蒸发器，或者是用于燃料电池应用。本发明的目的在于提供一种多区段管板，该多区段管板并非对一体式的厚板进行钻孔，而是使管板以多个区段形成，所述多个区段随后被固定在一起以提供结构刚度。
[0009]本发明的另一目的在于提供了一种下述改进管板:该改进管板避免了花费大且耗时的步骤而制造了与现有的管板一样的管板。
[0010]本发明的又一目的在于提供一种下述改进管板结构:该改进管板结构包括由较薄板形成的堆叠组件，所述薄板在被组装在一起时提供了现有管板的结构完整性而大幅减少了制造成本。
[0011]本发明的再一目的在于提供一种下述改进管板结构:该改进管板结构包括由较薄板形成的堆叠组件，并且在该改进管板结构中，薄板例如通过在自动冲床进行冲压、通过激光或等离子切割机来燃烧而被更容易加工成在薄板中产生孔，或者通过利用附加的制造技术进行打印一一即作为示例通过3D打印一一而形成。
[0012]本发明的另一目的在于提供一种下述改进管板构型:该改进管板构型包括文中也被称作介质层的间隙层，使得管板既用作管板又用作多功能传感器装置。
[0013]本发明的再一目的在于提供一种下述改进管板构型:该改进管板构型除提供多个板区段以外，还提供了在文中也被称作介质层的用于提供包括过滤以及对与热交换过程相关联的诸如温度或压力之类的参数的感测的许多附加功能中的任一附加功能的独特中间层。
【发明内容】
[0014]为了实现本发明的前述和其他目的、特征及优势，提供了一种改进管板结构以及制造这种管板的相关联的方法，同时解决了与现有管板构型相关联的上述问题，本发明解决了保证管板的大的公差、管间隔开以及结构刚度的问题。这是根据本发明通过制造由多层薄的板构成的管板来实现的，所述多层薄的板在组装过程中精确地彼此对准并与管对准，并且随后将该组件固定在一起以实现管板的最终结构整体性和隔板特征。
[0015]对于本发明而言，呈这种设置的相同的最终使用的管板将耗费少量的时间来制造，主要原因在于如果在自动冲床上进行冲压、通过激光或等离子体切割装置燃烧或者利用额外的制造技术一一即作为示例为3D打印一一并且被组装且固定的情况下大幅减小了各个板的厚度。根据本发明的额外特征在于管板的层叠允许材料的间隙布置产生整体上既用作管板又用作多功能过滤装置或膜的非同质装置。将这些薄板固定成接触有助于保证隔板效应和结构整体性以及所需的管间隔的目的。使用一个或更多个固定装置来将所有层或板紧固成用作管板的一体式质量块。就“固定装置”而言，可以参照将各个层或板紧固在一起的许多装置或技术中的任一装置或技术。
[0016]为了实现本发明的前述和其他目的、特征及优势，提供了一种下述管板构型:该管板构型包括至少两个平坦管板区段、以预定的图案设置在各个板中的多个孔以及间隙层，其中，各个孔用于容置管板管，管板区段对准成使得各个板的所有孔图案对准，该间隙层设置在至少两个管板区段之间，并且该间隙层支承有至少一个传感器元件。
[0017]根据本发明的其他方面，包括用于将管板区段以及间隙层紧固在一起的固定装置；包括位于管板构型的外部并且对来自传感器元件的信号做出响应的控制监测器；其中，传感器元件感测温度；包括都设置在间隙层内的多个传感器元件；其中，传感器元件感测压力；包括多个管板，所述多个管板构造并设置成用于在所述多个管板之间支承管板管；就各个管板而言包括间隙层，并且各个单独的传感器元件感测其相应的管板处的压力；包括多个管板，所述多个管板构造并设置成用于在所述多个管板之间支承管板管；包括位于管板的外部并且响应于来自相应的传感器元件的信号来确定压力差的控制监测器。
[0018]根据本发明的另一发面，提供了一种热交换器，该热交换器由热交换器壳体和设置在该热交换器壳体中的管板构型构成，该热交换器壳体具有入口室、出口室、流体入口、流体出口，该管板构型包括至少两个单独的管板以及在单独的管板之间延伸的多个管，其中，每个管板均包括至少两个平坦管板区段以及设置在所述至少两个管板区段之间的间隙层，并且各个间隙层支承有至少一个传感器元件。
[0019]根据本发明的又一些其他方面，包括以预定的图案设置在各个板中的多个孔，各个孔用于容置管板管，管板区段对准成使得各个板的所有孔图案对准；包括用于将管板区段以及间隙层紧固在一起的固定装置；包括位于管板构型的外部并且对来自各个传感器元件的信号做出响应的控制监测器；其中，传感器元件感测温度；包括都设置在间隙层内的多个传感器元件；其中，传感器元件感测压力；包括至少三个管板，所述至少三个管板构造并设置成用于在所述多个管板之间支承管板管。
[0020]在本发明的另一实施方式中，提供了管板与由该管板支承的多个长形管状元件的组合，所述管板由多个单独平坦管板区段、以预定的图案设置在各个板中的多个孔以及间隙层构成，其中，各个孔用于容置多个长形管状元件中的一个长形管状元件，所有的管板区段对准成使得各个区段的孔图案与所有其他区段中的孔图案对准。每个长形管状元件均具有带凸缘顶端部和连续的管状轴，其中，带凸缘顶端部的直径大于管状轴的直径，所述带凸缘顶端部支承在所述多个单独平坦管板区段中的第一平坦管板区段的上方，并且围绕长形管状元件的管状轴构造并设置有紧固件，并且该紧固件支承在所述多个单独平坦管板区段中的第二平坦管板区段的下方。该紧固件用于与管状轴接合以对设置在带凸缘顶端部与紧固件之间的管板区段提供压缩力。
[0021]在本发明的另一类型中，提供了一种下述管板构型:该管板构型由多个单独的平坦管板区段、以预定的图案设置在各个平坦管板区段中的多个孔、与所述多个单独的管板区段平行地设置的活性平坦层以及固定装置，其中，各个孔用于容置长形管状元件，该固定装置用于使所有的平坦管板区段以及活性平坦层紧固在一起并且设置成使得所有的平坦管板区段以及活性平坦层保持紧密接触。该活性层包括下述层:在该层中，外部刺激中的一种外部刺激被应用于该层并且该层发出响应。
[0022]在本发明的又一类型中，提供了一种下述管板构型:该管板构型由多个单独的平坦管板区段、以预定的图案设置在各个平坦管板区段中的多个孔、与所述多个单独的管板区段平行地设置的钝态平坦层以及固定装置构成，其中，各个孔用于容置长形管状元件，该固定装