模块化工业能量传递系统的制作方法

模块化工业能量传递系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年2月20日提交的题为“模块化工业能量传递系统(modular industrial energy transfer system)”的美国临时申请第62/704,059号的权益，所述临时申请的全部内容明确地以引入的方式并入本文中。
技术领域
3.本公开大体上涉及工业加热单元，并且更具体地涉及用于热处理工作负荷的模块化工业加热单元。


背景技术：

4.工业和商业加热单元(通常称为烘箱和/或加热炉)将热量形式的能量传递到工作负荷以完成热过程。实例热过程可包括组件的固化和/或干燥。这些工业加热单元必须以一种以受控、精确和可重复的方式升高其温度的方式将能量添加到工作负荷。能量可以以多种方法或多种方法的组合来传递，例如：强制对流、自然对流、辐射、微波和/或感应过程。
5.这些方法中的任一种的实际实现随应用和/或设备制造商而变化。一些实例因素可以包括但不限于：制造商和/或用户设施的可用安装空间和/或尺寸、道路运输限制、优选的公共设施类型、热过程类型和性能要求、安全标准、预算问题、优选的组件、先前实施的历史平台、制造能力和/或环境限制。目前，制造商对每个独特的项目采取终端用户要求，并且构建针对每个单独项目优化的解决方案。实质上，在确定特定项目的要求时，制造商设计适当的机箱，这通常是耗时、低效的过程，因为不能依赖于先前的设计来进行指导和/或标准。制造商试图通过优化每个单独的项目来实现更具成本效益的实践，这导致通过售后工程过程来配置一种现货购买的组件的系统。


技术实现要素：

6.根据第一方面，一种模块化工业能量传递系统包括外壳和耦合到所述外壳的至少一个能量传递单元。所述外壳包括多个侧壁、耦合到其上的天花板构件以及沿所述外壳设置的多个安装结构。所述多个侧壁和所述天花板构件协作以限定容纳工作产品的内部容积。所述至少一个能量传递单元通过所述多个安装结构中的至少一个耦合到所述外壳并且部分地设置成穿过所述外壳以生成穿过所述外壳的所述内部容积的气流模式。
7.在一些实例中，一个或多个能量传递单元可以包括：基座构件，所述基座构件具有马达和耦合到所述马达的至少一个安装支腿；壳体构件，所述壳体构件包括壳体主体，所述壳体主体具有驱动开口、壳体入口以及至少一个壳体安装结构；风扇，所述风扇至少部分地设置在所述壳体内；以及管道构件，所述管道构件可操作地耦合到所述壳体构件。基座构件的至少一个安装支腿可操作地耦合到至少一个壳体安装结构。风扇通过马达驱动轴可操作地耦合到马达，在一些实例中，所述马达驱动轴插入穿过驱动开口。管道构件包括管道构件包括具有管道入口和至少一个管道出口的管道主体。在这些实例中，马达的致动致使风扇
旋转，由此致使外壳的内部容积中的空气进入壳体入口并且通过至少一个管道出口循环。
8.在一些方面，所述至少一个安装支腿通过所述多个安装结构中的至少一个插入穿过所述天花板构件或所述多个侧壁中的一个侧壁中的至少一个。管道构件通过多个安装结构中的至少另一个耦合到侧壁。
9.在一些形式中，一个或多个能量传递单元可以是空气再循环器。在一些实例中，空气再循环器可以另外包括至少部分地设置在壳体构件内的加热元件。加热元件可以是例如电热源和/或流体热源中的至少一种。其它实例是可能的。
10.模块化工业能量传递系统可包括可操作地耦合到一个或多个能量传递单元以控制其操作的控制器。在一些方法中，控制器可以控制诸如马达的启动、马达的输出、风扇速度、热量输出等的特性。其它实例是可能的。
11.根据第二方面，一种组装模块化工业能量传递系统的方法包括提供外壳，所述外壳包括多个侧壁、耦合到所述多个侧壁的天花板构件以及沿所述外壳设置的多个安装结构。模块化能量传递系统的至少一个所需特性用于从一组可选能量传递单元中识别和选择至少一个能量传递单元。所述模块化工业能量传递系统是通过将选择的至少一个能量传递单元经由所述安装结构中的至少一个安装到所述外壳来组装的。
12.根据第三方面，一种组装模块化工业能量传递系统的方法包括提供外壳，所述外壳具有多个侧壁、耦合到所述多个侧壁的天花板构件以及沿所述外壳设置的多个安装结构。至少一个能量传递单元通过所述多个安装结构中的至少一个耦合到所述外壳，使得所述至少一个能量传递单元部分地设置成穿过所述外壳以生成穿过所述外壳的内部容积的气流模式。
13.根据第四方面，提供了一种用于模块化工业能量传递系统的模块化能量传递单元，所述模块化工业能量传递系统具有限定内部容积的外壳。所述模块化能量传递单元包括：基座构件，所述基座构件包括马达以及耦合到所述马达的至少一个安装支腿；壳体构件，所述壳体构件包括壳体主体，所述壳体主体具有驱动开口、壳体入口以及至少一个壳体安装结构；风扇，所述风扇至少部分地设置在所述壳体构件内并且通过马达驱动轴可操作地耦合到所述马达；以及管道构件，所述管道构件可操作地耦合所述该壳体构件。所述至少一个安装支腿可操作地耦合到所述至少一个壳体安装结构。管道构件包括具有管道入口和至少一个管道出口的管道主体。至少一个安装支腿的一部分被适配成可操作地耦合到模块化工业能量传递系统的外壳以将模块化能量传递单元固定在外壳的内部容积内。马达的致动致使风扇旋转，由此致使外壳的内部容积中的空气进入壳体入口并且通过至少一个管道出口循环。
附图说明
14.通过提供在以下详细描述中描述的模块化工业能量传递系统，特别是当结合附图研究时，至少部分地满足以上需求，在附图中：
15.图1绘示了根据各种实施例的具有多个能量传递单元的实例模块化工业能量传递系统的透视图；
16.图2绘示了根据各种实施例的图1的实例模块化工业能量传递系统的侧视图；
17.图3绘示了根据各种实施例的图1和2的实例模块化工业能量传递系统的实例能量
传递单元的透视图；
18.图4绘示了根据各种实施例的图3的实例能量传递单元的分解透视图；
19.图5绘示了根据各种实施例的图3和4的实例能量传递单元的截面透视图；
20.图6绘示了根据各种实施例的图3至5的实例能量传递单元的实例基座构件的透视图；
21.图7绘示了根据各种实施例的图3至5的实例能量传递单元的实例壳体构件的透视图；
22.图8绘示了根据各种实施例的图3至5的实例能量传递单元的实例管道构件的透视图；
23.图9绘示了图1至8的实例模块化工业能量传递系统的侧视图，绘示了根据不同实施例的实例气流模式；
24.图10绘示了根据各种实施例的具有侧面安装布置的替代性实例模块化工业能量传递系统的透视图；以及
25.图11绘示了图10的实例模块化工业能量传递系统的侧视图，其绘示了根据各种实施例的实例气流模式。
26.技术人员应了解，图中的元件仅为简单和清晰起见而进行绘示，并且不一定按比例绘制。举例来说，图中元件的一些的尺寸和/或相对定位可相对于其它元件放大以有助于改善对本发明的各种实施例的理解。另外，在商业上可行的实施例中为有用的或必要的常见但很好理解的元件通常未描绘以便于较少妨碍这些各种实施例的视图。还应当理解，可以特定的发生顺序描述或描绘某些动作和/或步骤，而本领域技术人员将理解，实际上不需要关于序列的这类特定性。还应当理解，除了不同的特定含义以在本文中另有阐述，否则本文使用的术语和表达具有如上所述的技术领域的技术人员对这类术语和表达所赋予的普通技术含义。
具体实施方式
27.转到图1和2，一般来说，根据这些各种实施例，模块化工业和/或商业能量传递系统100(例如，烤箱或加热炉)包括外壳102，所述外壳容纳任何数目(例如，一个或多个)的模块化能量传递单元110，所述模块化能量传递单元耦合到外壳102并且将管道系统、质量流传递装置和任选的热源组合成优化产品。系统100可用于批量、传送带和/或自动能量传递环境。外壳102包括任何数目的侧壁104和耦合到侧壁104的天花板构件106。在一些形式中，外壳102可以包括在地平面上方升高或抬高的地板或平台构件。
28.外壳102限定了容纳工作产品以接收能量传递的内部容积103。例如，工作产品可以通过烘焙过程、干燥过程、固化过程等接收能量传递。其它实例是可能的。如上所述，内部容积103可另外容纳任何数目的子系统，例如运输装置、工作站或组装站等。其它实例是可能的。
29.侧壁104和/或天花板构件106可以使用任何数目的方法来构造。例如，侧壁104和/或天花板构件106可以是具有所需厚度(例如，在约4”和约7”之间)的绝缘面板构件或绝缘面板构件的排列的形式。在其它方法中，侧壁104和/或天花板构件106可以是罐构造的工业炉壳的形式。合适材料的其它实例是可能的，例如铝、陶瓷等。在图1和2所示的实例中，外壳
102包括第一和第二侧壁104以及部分壁104a，所述部分壁具有开口104b以容纳通向外壳102的内部容积103的门或入口点(未示出)。在其它实例中，外壳102可以是完全封闭的或密封的。外壳102的尺寸可被设置成形成容纳所需工作产品所需的内部容积103。例如，外壳102可形成无限制容量的内部容积103。
30.系统100进一步包括沿外壳设置的任何数目的安装结构108。在一些实例中，安装结构108呈安装孔或开口的形式，所述安装孔或开口的尺寸被设置成在其中接收紧固组件。在其它实例(未示出)中，安装结构可以是任何数目的支架、突出物、凸缘等的形式。其它实例是可能的。
31.参考图1至5，每个能量传递单元110通过安装结构108耦合到外壳102。能量传递单元110包括基座构件111、壳体构件120、风扇130和管道构件140。如将在下面进一步详细论述的，能量传递单元110可包括任何数目的附加组件以帮助将能量传递到工作产品。
32.继续参考图1至5，并且另外参考图6，基座构件111包括主体或框架112、耦合到框架112的驱动机构或马达113以及也耦合到框架112的任何数目的安装支腿114。框架112可以是交叉支撑组合件的形式，并且可以由任何数目的合适材料构成，例如金属和/或聚合材料。在一些实例中，安装支腿114可以与框架112一体地形成，并且在其它实例中，能量传递单元110可以不利用框架构件，由此减小该单元的总体高度。
33.框架112可以包括安装部分112a，马达113使用任何数目的方法耦合到所述安装部分。在所示的实例中，安装部分112a限定开口(未示出)，可操作地耦合到马达113的驱动轴113a通过所述开口插入。
34.安装支腿114中的每一个是细长条或杆的形式，其具有耦合到框架112和/或与所述框架一体地形成的近端114a和远端114b。如图6所示，安装支腿114包括沿其纵向长度设置的任何数目的孔116，以容纳支腿固定装置117，例如开口销或其它夹紧装置。安装支腿114还可包括设置在其上的任何数目的凸缘或突出物118。基座构件111可包括任何数目的附加组件，例如铆钉、螺栓、焊缝或其它固定机构。
35.继续参考图1至5，并且另外参考图7，壳体构件120为上部通风单元的形式，所述上部通风单元包括细长的大致中空的壳体主体122，所述壳体主体具有近端122a、远端122b、上部片材或层122c以及下部片材或层122d。壳体构件120可以由任何数目的适当材料构成，例如，膨胀金属材料。在所示的实例中，壳体主体122的上层122c限定驱动开口124，而壳体主体122的下层122d在其近端122a附近限定壳体入口126。此外，壳体主体的远端122d限定弯头或弯曲区域127和壳体出口128。虽然所示实例将弯头127描绘为多个成角度的片段，但是在其它实例中，弯头127可以是弯曲构件的形式。
36.沿壳体主体122定位的是任何数目的耦合机构129，在所示的实例中，所述耦合机构是孔的形式，以接收安装支腿114，如将在下面进一步详细论述的。壳体主体122可包括任何数目的附加组件，例如铆钉、螺栓、焊缝或其它固定机构。
37.继续参考图4和5，风扇130可以包括限定耦合部分132a的风扇主体132并且可以进一步包括围绕风扇主体132布置的任何数目的叶片134。在所示实例中，耦合部分132a是适于接收驱动轴113a的一部分的开口。
38.继续参考图1至5，并且另外参考图8，管道构件140为下部通风单元的形式，所述下部通风单元包括细长的大致中空的管道主体142，所述管道主体具有近端142a、远端142b、
内部片材或层142c以及外部片材或层142d。管道构件140可以由任何数目的合适材料构成，例如，膨胀金属材料。在所示实例中，管道主体142的近端142a限定管道入口144，所述管道入口邻接和/或耦合到壳体出口128。管道主体142的远端142b被密封或封闭。此外，管道主体142的内层142c限定任何数目的管道出口146，并且管道主体142的外层142d可以限定耦合部分148(例如，以孔、凸缘和/或螺栓的形式)，以在需要时将管道主体142固定和/或对准到侧壁104。管道主体142可包括任何数目的附加组件，例如铆钉、螺栓、焊缝或其它固定机构。
39.在一些实例中，为了安装能量传递系统100，可以沿外壳102形成安装结构108的图案(例如，孔)，例如，穿过天花板构件106。在一些实例中，外壳102可以预先形成有任何数目的安装结构108的图案。然后安装支腿114的远端114b与安装结构108对准并插入其中。结果，如图2和9所示，框架112和/或马达113的一部分可设置在天花板构件106上方并至少部分地由所述天花板构件支撑。在一些实例中，凸缘或突出物118可沿安装支腿114定位，使得突出物118搁置在天花板构件106的顶部上。其它实例是可能的。另外，在一些方法中，支腿固定装置117可插入位于天花板构件106下方的所需孔116中，以限制和/或约束基座构件111相对于天花板构件106向上移位。
40.然后风扇主体132与壳体构件120的壳体入口126对准并且安装到壳体主体122的内部容积中。接下来，安装支腿114的远端114b与壳体构件120的耦合机构129对准，并且驱动轴113a与风扇主体132的耦合部分132a对准。驱动轴113a可以通过压配合连接或使用所需组件的任何合适的其它方法固定到风扇主体132。在通过壳体构件120的耦合机构129插入安装支腿114时，支腿固定装置117可插入孔116中，所述孔可位于壳体主体122的上层122c和下层122d的上方和/或下方，从而将基座构件111固定到壳体构件120。结果，基座构件111、壳体构件120和风扇130都可操作地耦合到天花板构件106。
41.壳体主体122的远端122b可以通过任何数目的合适方法(例如，铆钉、螺钉、螺栓等)耦合到管道主体142的近端142a。此外，如果需要，管道构件140可以通过安装结构108固定到侧壁104。在一些实例中，管道构件140不必固定到侧壁104，以便使能量传递单元110在外壳102的内部容积103内正常运作。
42.结果，能量传递单元110耦合到外壳102。与管道构件140组合的壳体构件120形成再循环单元，所述再循环单元使气流再循环通过外壳102的内部容积103。如图9所示，其示出了设置在相对侧壁104上的多个能量传递单元110，当马达113启动时，驱动轴113a使风扇主体132旋转，并且因此使叶片130旋转以通过壳体入口126吸入空气。然后，气流向壳体主体122的远端122b，穿过弯头127，流出壳体出口128，并且进入管道入口144。然后，空气朝向管道主体142的远端142b行进，并且通过管道出口146离开管道主体142，从而重新进入外壳103的内部容积。结果，通过将任何数目的能量传递单元110围绕外壳102的周边定位，可以实现具有所需均匀性特性的气流。
43.在一些实例中，取决于特定的终端用户要求，可以使用具有附加功能的能量传递单元110。例如，在一些环境中，终端用户可能希望将加热元件并入到能量传递系统100中。因此，每个能量传递单元110可容纳设置在壳体主体122的弯头127中的加热器150(图2和5)。在一些实例中，加热器150可以定位在相对于能量传递单元110的任何位置处(例如，在近端122a、远端122b、上层122c、下层122d等附近的任何表面和/或组件处或附近)。加热器
150的选择性定位可有利地提供改善的和/或均匀的热量传递到所需物体。
44.加热器150可以采取任何数目的形式，并且可以是电力地和/或流体地(例如，天然气和/或丙烷气、蒸汽、油和/或水)驱动的。其它合适热源的实例也是可能的。通过将加热器150定位在弯头中，被加热的空气将离开管道出口146，以将热能传递到所需工作产品。风扇130将被冷却的空气吸回到能量传递单元110中以再次被加热器150加热。附加能量传递单元110功能的其它实例可包括任何数目的以下组件：控制模块、远程访问模块、扩展模块、限制模块、扫描仪模块、定速马达模块、变速马达模块、火焰安全模块、电力模块、电安全链模块、气体安全链模块、燃料链模块、车载诊断模块、数据采集模块等。
45.在一些方法中，为了确定适当的能量传递系统100，系统100的至少一个所需特性用于从能量传递单元110的可用选择中识别特定的能量传递单元110。这种所需特性可以包括所需能量传递(例如，热量传递)能力、所需能量传递源等。其它实例是可能的。
46.如前所述，控制器可用于控制安装在外壳102中的任何数目的能量传递单元110。控制器可以以类似的方式控制多个能量传递单元110，或者可替代地可以不同地控制每个能量传递单元110。因此，在一些实例中，内部容积103的不同区域可以选择性地具有不同的气流特性、不同的温度等。
47.在一些方面，每个能量传递单元110可以与多个计算系统和/或控制器交互。例如，能量传递单元110可以与系统通用远程人机接口模块或系统通用设施接口模块交互。这些模块可以用作公共集线器，每个能量传递单元110从所述公共集线器接收功率和指令并传递数据和状态。此外，其它系统范围的非能量传递单元110硬件(例如，排气机、输送设备等)也可以通过这些模块连接。
48.有利地，通过优先考虑模块性而不是成本问题，并且利用一阶原理来确定供应商利润的最低成本，极大地降低和/或消除了制造和应用低效。具体地，通过要求公共组件中的多个功能，消除不必要的接口(例如导线)，和/或消除对不同能量传递单元的需求，将降低工程成本。此外，按比例缩小的制造方法可以导致整体系统质量的提高，并且减少了将系统递送给终端用户的交付时间。
49.另外，因为在一些实例中，可以使用简单的安装模板来安装能量传递单元110，所以描述的系统可以用在任何数目的制造商烤箱中，包括安装在用户位置处的先前存在的烤箱。此外，虽然在此描述的能量传递单元110被描述为部分地设置成穿过天花板构件106，但在一些布置中，在一些实例中，能量传递单元110可以部分地设置成穿过任何数目的侧壁104。因此，设计外壳102所需的工程时间显著减少，因为能量传递单元110可用于改进现有空间。此外，外壳102技术的发展可以与能量传递单元110系统的发展分离，并且可以在现有烘箱中容易且快速地扩展。
50.在此描述的系统100可以使用任何数目的合适的替代方法来构造。例如，图10和11绘示了用在系统100中的第二实例能量传递单元210。应当理解，图10和11中所示的能量传递单元210可以包括与图1至9中所示的能量传递单元110类似的特征，且因此，图10和11中所示的元件由与图1至9中所示的实施例中相同的附图标记加上100来表示。因此，将不会相当详细地描述这些特征。此外，应当理解，关于能量传递单元110描述的元件中的任一个可以并入到能量传递单元210中，反之亦然。
51.在该实例中，能量传递单元210与侧壁104耦合，而不是穿过天花板构件106安装。
这种配置可以减小系统100的整体高度。更具体地，能量传递单元210在壳体主体222与中空管道主体242之间不包括弯头。相反，能量传递单元210形成大致笔直的或线性的模块。
52.在该实例中，管道构件240具有大致锥形的轮廓。更具体地，中空管道主体242的宽度朝向其远端242b减小。这种布置有助于均匀地分配空气以改善气流。
53.除非另有说明，本文公开的涂布器喷涂机的实施例中任一个的任一特征或特性可以与涂布器喷涂机的任何其它实施例的特征或特性组合。
54.本领域的技术人员将认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可关于上文所述的实施例作出各种修改、改变和组合，并且此类修改、改变和组合被视为在本发明概念的范围内。
55.在本专利申请的末尾的专利权利要求并不旨在根据35 u.s.c.
§
112(f)进行解释，除非明确地叙述了传统的手段加功能(means
‑
plus
‑
function)语言，例如在权利要求中明确叙述的“用于
……
的构件”或“用于
……
的步骤”。本文中所描述的系统和方法涉及对计算机功能的改进，并改进传统计算机的功能。