专利名称：用于充气液体的装置的制作方法
用于充气液体的装置
本发明涉及一种充入气体到液体中的装置，该装置具有一个供气 通道和至少一个喷气管，该喷气管连接到供气通道并且在充气运行中 气流从喷气管中排出。该装置特别适合用于侵入操作中的薄膜设备， 其中上升的气泡用于清洁该薄膜。
实际上，具有供气通道以及从供气通道分支出的多个喷气管的充 气装置使用在侵入操作中采用的充气薄膜设备中。该供气通道的方向 基本上是水平的。该喷气管垂直向上延伸并且由被充气的液体所围绕。
在公开文献WO97/06880中已知这种充气装置，该喷气管在上部开口 端伸入被充气的液体中并且在下部坡口端伸入供气通道中。在充气间 隔之间，液体可以不受阻碍地穿透入供气通道中，在喷气管中能够形 成沉积物。由于沉积物的原因，如果单个喷气管的甚至细微的横截面 变化，在单个喷气管中发生可变的压力损失，从而观察到不同喷气管 的非均匀气泡。
为了避免液体透入喷气管并且供气通道的气室在充气间隔中淹 没，已知在DE20300546U1中，提供一个具有盖的喷气管，该盖设置 在喷气管的凸出端并且环状地封闭喷气管的端截面。在充气期间，气 流从上到下通过盖和和喷气管之间的环形室并且从环形间隙的下端排 出。在长期运行中，会存在一定危险，原因在于由于污染物或者生物 薄膜的形成会部分或者全部堵塞该环形间隙。并联的喷气管不会具有 通过它们的均匀流，因为在喷气管中不同的流动阻力。特别地，如果 使用较小的气流量，充气是非稳定的和不均匀的。在系统降压之后， 穿透喷气管进入供气通道的水仅仅在气室中不充分地移动。从长远的 观点看，在系统的气室中的残余物会对充气装置的运行过程产生一定 损害。
本发明的目的在于提供一种充气装置，该装置甚至在小气流量的情况下产生稳定运行，并且特别地，并联设置的喷气管的相同沖击也 是可能的。该充气装置还是维护友好的。
根据本发明，其目的是提供一个充气液体的装置，特别用于在浸 入操作中使用的薄膜设备，该装置具有一个供气通道和至少一个气体 喷气管，在充气运行中气流从喷气管中排出，其中喷气管通过一个连 接通道连接到供气通道上，该连接通道包括在喷气管一侧的第一出口 区域和在供气通道一侧的第二出口区域并且因为节流产生进入喷气管 的气流的流动压力损失，并且其中延伸部设置在第一出口区域的下面， 其邻接喷气管并且在第一出口区域下面具有一个开口。
待充气液体中存在的压力作用在喷气管和延伸部分两者包围的室 上，通过在喷气管的上端处的气体出口还通过延伸部的底部开口 ，在 延伸部的下部开口处的压力大于喷气管的上端处的压力，因为液柱的 高度包围着该装置。在充气装置的运行期间，该底部开口作为均压器 并且确定在喷气管中的压力状况，连接通道的节流效果确定供给气体 的均匀流。为了确保清楚定义的节流效果，每个连接通道总是连接到 仅仅一个喷气管上，一个喷气管通过多个连接通道连接到供气通道上， 然而，不具有节流作用。特别地，在根据本发明的装置中，在所述实 施例中，该装置具有的多个喷气管，连接通道的节流作用，此外还有 通过延伸部开口的压力均衡确保了到单个喷气管的整个气流的均匀分 布以及喷气管的均匀气泡。
连接通道的节流作用，其产生进入喷气管的气流的流动损失，在 本发明的范围内实现，因为连接通道具有节流点，例如颈缩或者喷嘴 口的形式。该连接通道在它的长度上的横截面小于喷气管的横截面， 并且该连接通道产生进入喷气管的气流的流动压力损失。在没有节流 的情况下，至少一个喷气管经过多个连接通道或者仅仅一个连接通道 连接到供气通道上，一个连接通道还具有多个平行颈缩或者喷嘴开口。 然而，仅仅一个流动通路设置在连接通道中的实施例是特别优选的， 因为在此实施例中，在预定节流作用下，在连接通道内部可能是比较 大的流动横截面，并且由于沉积物产生的连接通道的阻塞危险得到减该连接通道利用第一出口区域连接到喷气管上并且利用第二出口 区域连接到供气通道上。在本发明的优选实施例中，第一出口区域设 置在第二出口区域下面，从而使得从连接到供气通道的连接通道向下 延伸。当充气装置运行时，确保已经透入供气通道的液体从供气通道 向上移动到第二出口区域的高度。第二出口区域特别优选设置在供气 通道的底部，从而使得当充气装置运行时，在整个供气通道中总是不 存在剩余物。
当运行在侵入过程下的根据本发明的装置工作时，液体必须利用 至少从供气通道、连接通道、延伸部和喷气管中气体所产生的冲击而 发生移动。该液体部分通过连接通道的开口和部分通过在顶部开口的 喷气管离开该装置。在气室排空之后，该气体随后通过喷气管流出。 这是正常的操作状态。在釆用并联设置的充气装置的喷气管情况下产 生大的气流。延伸部的开口对具有均匀流通过它们且并联设置的喷气 管产生重要的作用，因为通过该开口确保在所有情况下，在设计作为 节流的连接通道后面的流向上预定的压力状况。
在充气装置的优选运行模式下，整个气流通过至少一个喷气管向 上传导，因为在喷气管中的流动阻力，在延伸部中形成一个压力緩沖。 如果少量气体通过喷气管传输，液体通过连接段的开口进入，其与气 流一起在喷气管中向上传送。观察到一个泵动效应，其通常随着降低 的气体流速而增加并且有助于气泡的清洗过程。
如果，由优选的运行模式产生，在供气通道中的压力以及通过喷 气管的气流量增加，在延伸部中的压力緩沖膨胀，直到最后一部分的 气流还通过延伸部的开口向下逃逸。在充气装置的底部排出的另外的 气流还作为液体的目标充气。如果根据本发明的装置用于薄膜设备中， 例如，围绕喷气管设置的薄膜束，从装置的底部出来的附加的气流特 别有利地允许在外圆周和薄膜纤维束的边界区域中附加的清洁作用。
该充气装置可间歇地操作。在间歇操作期间，在优选的工况下， 在充气间隔中，随着间隔交替使用大气体或者气流，，其中气流充分节流使得在供气通道中的压力被维持，但是仅仅非常细微或者没有气流 量通过至少一个喷气管逃出。选择性地，在如上所述的间歇操作中， 在非常大的气体或者气流情况下，在充气装置的底部可产生附加的气 流。如果在间歇操作期间利用较小的气流来操作充气装置，通过围绕 的液体至少一个喷气管被淹没。在喷气管中产生的液柱，其向上延伸 到连接通道，但是由于存在于供给通道中的高压，不会通过连接通道 进入供气通道中。如果采用大气流再次沖击供气通道，液体从喷气管 中移动，喷气首先通过延伸部的开口逃出并且一部分的气流通过喷气 管向上流动。 一旦液体从喷气管中移出，可实现优选的运行模式，其 中整个气流通过喷气管流出。与开始描述的已知结果相比，整个系统 的压力损失显著减少。而且，气流的调节范围更大。甚至在小气流量 的情况下可确保一个或者多个喷气管的均匀流。进一步的优点在于当 装置运行时，该装置可实现液体移动而不会在供气通道中产生残余物。 特别地，在具有多个喷气管的装置的优选实施例中，确保了在充气运 行中通过所有喷气管的均匀流。根据本发明的装置可进一 步建设性地 实现多个可能结果。因此，连接通道可直接连接喷气管或者还经由一 个间隙，例如环形间隙，作为一个节流点。在本发明的一个实施例中， 连接通道持续地通到喷气管中，该连接通道和喷气管具有相同的横截 面。在此实施例的特别简单的改进中，喷气管和延伸部可作为一个导 管的部分实现，喷气管在连接通道的上面延伸并且延伸部在连接通道 的下面延伸。该导管优选具有圆的横截面并且可以是圆柱形或者部分 圆锥形。在采用线性导管的情况下，特别容易清洗，例如利用刷或者 加压喷射，设置在安装状态下。根据本发明的装置的进一 步的实施例还包括附着于供气通道上的 连接件。喷气管向上延伸入连接件的接收室中，并且一个盖设置在连 接件上，其在底部开口并且形成延伸部。该盖可插入连接件中，并且 连接通道优选形成在盖中。该盖还设置在连接件上。至少一个喷气管 优选延伸入连接件的接收室中，由连接件定义的连接通道具有在插入 接收室中的喷气管的端部处的节流点。根据本发明的装置的多个有利的建设性改进还在此实施例中产生。在具有环形间隙的情况下，该盖具有封闭喷气管端部的内表面， 环形间隙形成节流点。该盖优选还具有低压区，其与喷气管的端部相 对并且形成延伸部的流动平稳室。该盖侧面开口排出入流动平稳室中。 根据本发明的进一 步实施例，包括两个岡体的减压阀设置在由连接件 和喷气管限定的环形室中，第一阀体位于喷气管的端部并且桥接喷气 管和连接件之间的环形室并且还具有气体通道开口 。第二阀体具有阀 座，其与气体通道开口 一起作用并且位于盖和第 一阀体之间的室中。 而且，第二阀体具有一个通道，其在节流点后面形成延伸部的流动平 稳室并且与盖中的开口对齐。该阀座具有圆锥形或者凹面座表面。第 一阀体可包括轴向孔，其排出入环形地包装喷气管端部的流动室中。 该流动室和第二阀体的座表面形成限定的节流间隙。两个阀体彼此便 利地连接。在采用螺旋接头的情况下，例如，存在对两个阀体之间的 节流间隙宽度调节的可能性。还在本发明的范围内的是第二阔体是插 入部件，其通过相对于第一阀体的盖所夹紧。第一阀体可具有喷嘴形 状，其收缩流入喷气管的气流的进气口。有利地，延伸部的底部侧面开口的横截面是喷气管的流动横截面的0.5-2倍。开口的横截面和喷气管的流动横截面优选主要是对应的。 喷气管优选在它的上端结束，在待充气的液体中远离供气通道自 由地凸出，不具有盖和颈缩。当然还在本发明的范围内的是，喷气管 另外提供有罩盖侧孔。而且，有利的是在气体出口处的喷气管端部具 有流动横截面的扩散型膨胀。所述充气装置特别设计用于侵入运行中 的薄膜设备。在薄膜设备的使用期间，至少一个喷气管优选由一束空 心纤维薄膜所包围，其在一开口端嵌入在头部中并且排入与供气通道 分离的渗入收集室中。根据本发明的装置优选具有连接到供气通道上的多个喷气管，每 个喷气管如上所述实现。在特别优选的实施例中，由单独部分装配的 装置，每个具有一个喷气管，单独部分如上所述实现。在下面，本发明基于仅仅示出示例实施例的附图进行描述。图la到lg示意地示了以截面图形的根据本发明的充气装置的实 施例；图2到4示意地示了在不同操作状态下操作期间根据本发明的充 气装置的截面，图5示意地示出了相对于图2-4放大的根据本发明的装置的详细 视图，图6示意地示出了在图4中示出的主题的进一步实施例，图7a-7c 示意地示出了在图6中示出主题的不同实施例，图8示意地示出了在侵入运行中使用的薄膜设备的膜组件中充气 装置的使用，图9a到9c示意地示出了在薄膜组件中的充气装置中的可选择实 施例，
图10示意地示出了在低气流下根据本发明的充气装置的泵动效 应的示意图，图la到lg示出了根据本发明的对液体充气的装置的实施例的详 细视图，其具有供气通道2和至少一个喷气管3，该喷气管连接到供 气通道2并且在充气运行中气流从喷气管中排出。该整个装置优选还 具有喷气管3(未示出)，其相应地实施。喷气管3垂直地向上延伸并 且具有从供气通道2伸出的开口端4，其不具有颈缩和盖。喷气管3 经过连接通道5连接到供气通道2中，因为节流，连接通道5产生进 入喷气管3的气流的流动压力损失，并且仅仅一个喷气管3总是连接 到连接通道5上。连接通道5利用 一个出口区域8连接到喷气管3上， 并且利用第二出口区域8'连接到供气通道2上，喷气管3向上延伸并 且延伸部6从第一出口区域8开始向下延伸。邻接喷气管3的延伸部 6在第一出口区域8下面具有一个开口 7。在图la和lb所示的实施例 中，第一出口区域8位于第二出口区域8'下面。当根据本发明的装置 运行时，因此确保已经收集在供气通道2中的液体首先完全移动。在 图lc所示的实施例中，连接通道5伸入供气通道2中，第二出口区域 8'位于供气通道2的底部上面。如果液体1已经收集在供气通道2中，在运行期间，液体1还保持在第二出口区域8'下面的供气通道2中。 这防止已经收集在供气通道2底部的污染物到达连接通道5。图ld示 出了一个实施例，其中连接通道利用它的第二出口区域8'邻接供气通 道2的顶部并且向上导入第一出口区域8中，喷气管3以及延伸部6 两者设置在供气通道2上面。在图le所示的实施例中，连接通道从上 面伸出入供气通道2中。如果运行时供气通道2完全充满液体1,此 液体首先从供气通道2移出到第二出口区域8'的高度，充气首先同时 在所有喷气管3中开始，随后在具有多个喷气管中的结构中。从图lf和lg中可以看出，连接通道5还具有成角度或者曲线的 路线。当根据本发明的装置运行时，在图lg中确保了收集液体1的完 全移出，虽然喷气管3、延伸部6和第一出口区域8设置在供气通道2 上面。当节流点9设置在图la的实施例中的连接通道时，在图lb所示 的连接通道5在它的长度上的横截面小于喷气管3的横截面，并且其 产生进入喷气管3的气流的流动压力损失。在图lb的实施例中，喷气 管3和延伸部6作为线性导管的一部分实现，喷气管3向上延伸并且 延伸部6从连接通道5开始向下延伸。延伸部6连续通入到喷气管3 中，延伸部6和喷气管3具有相同的横截面，从而使得所示的实施例 容易利用刷或者加压喷流进行清洗，例如甚至在安装状态下。在附图中所示的装置用于对液体充气。该装置的基本结构具有供 气通道2和连接到供气通道2的多个喷气管3，在充气运行中气流同 时从喷气管中排出。该装置下降入液体l中，供气通道2基本上是水 平方向(图2-4)。喷气管3垂直地向上延伸并且在它们的端部4处充 气的液体l中自由地结束，其中端部4从供气通道2中伸出，并且不 具有盖。供气通道2包括从供气通道分支出的连接件10，其由盖11 在端部封闭，该盖11形成延伸部6。喷气管3向上延伸入连接件10 的接收室12中，在连接通道5中的节流点9设置在侵入接收室中的喷 气管3的端部处，其产生进入喷气管3的气流的流动压力损失。还从 图2-9c中示出，开口7设置在盖11中，该盖ll设置在连接件IO上，其排出到节流点9后面的延伸部6的流动室14中。该盖11可移动到 连接件10中。在盖ll移动之后，节流点9是可接近的并且喷气管3 容易清洁。还可通过开口7进行清洁。图2示出在装置已经降入充气的液体1之后，该装置处于运行。 该供气通道2包括液体l'，其已经穿透入喷气管3，其在顶部开口进 入气室中。该供气通道2利用压力沖击并且气流被供给。在压力下供 给的气体或者气流从供给通道2中移出液体。液体l'流入底部连接件 10中并且通过喷气管3中的开口 7离开装置，该开口在顶部开口。当液体已经从连接件10的接收室12中移出时，在图3所示的操 作状态简要地表述。该气流流过节流点9和移动喷气管3内部的液柱 15。 一部分的气流以简单脉搏形式通过盖侧部开口 7排出。 一旦液柱 15已经从喷气管3中移出时，在图4所示的操作状态示出。整个气流 向上流过喷气管3，在喷气管3中产生相同量的气流。在所示的运行 模式下，在盖6的底部开口 7处没有气体排出，因为在盖侧面开口 7 处的液体压力大于在喷气管3的上部出口侧面、凸出端4的液体压力。 通过在盖侧面开口 7，在所有的喷气管7中产生限定和相等的压力状 态，这利用相等气流量产生并行设置的喷气管3。该盖11作为罩或者插入件实现并且可移动地连接到连接件10上， 例如通过螺旋接头16。在图5所示的示例实施例中，该盖ll具有内部表面17，其利用 环形间隙18封闭喷气管3的端部13，其形成节流点9。该盖ll每个 还具有低压区，其相对喷气管3的端部13并且形成流动平稳室19。 该盖侧面开口 7排出入流动平稳室19中。才艮据本图形6的示例实施例中，包含两个阀体20, 21的减压阀 22设置在由连接件IO和喷气管3限定的每个环形室中。第一阀体20 设置在喷气管3的端部13上，桥接在喷气管3和连接件10之间的环 形室并且具有气体通道开口 23。第二阀体21具有阀座24，其与气体 通道开口 23 —起作用并且位于盖11和第一阀体20之间的室中。第二 阀体21包含一个通道，其形成在节流点9后面的流动平稳室19。从图6以及7a到7c中示出，阀座24具有圆锥形或者凹面座表面。第二 阀体20具有围绕圆周分布的多个轴向孔，其作为气体通道开口 23， 其排入流动室14中，该流动室14环状地围绕喷气管3的端部13中。 该流动室14在第二阀体21的座表面处形成节流点9。第一阀体20还 具有喷嘴状收缩进气口 25，其用于流入喷气管3的气体。在图7c的 示例实施例中，第二阀体21的通道，其在节流点9后面形成流动平稳 的室19，与盖11中的开口7对齐。位于盖ll中的延伸部6的开口 7优选具有喷气管3的流动横截面 的0.5-2倍的横截面。在示例实施例中，盖侧面开口 7的横截面和喷 气管3的流动横截面大致相同大小。根据在图2-8的示例实施例的本发明的优选实施例中，喷气管3 的出口侧，凸出端4具有扩散型膨胀口 26。充气装置适合于设计用于侵入运行中的薄膜设备。该薄膜设备具 有薄膜束，薄膜板或者其他的膜组件，气体在薄膜边缘处或者在薄膜 束内部的充气装置中上升并且清洁该薄膜。在所示的实施例中，喷气 管3的出口側、凸出端4由在空心纤维薄膜的束27被封装，其嵌入在 头部28中的一个开口端并且排出到与供气室2分离的渗入收集室29 中。如图8所示，这些单元装配入阵列或者膜组件30中，其中根据本 发明实施的充气单元被集成。图形9a到9c示意地示出了在薄膜组件30中的根据本发明的充气 装置的可选择实施例。在图9a所示的实施例中，该盖ll插入连接件 10中并且由锁梢31固定。连接通道5形成在盖11中，从而连接通道 5的横截面通过安装不规则性特别有利地没发生变化。由盖11形成的 延伸部6直接连接喷气管3，在喷气管3和盖11之间，另外在连接件 10和盖11之间设置弹性垫圏32。图9b和9c示出了盖11螺旋入连接 件10上的实施例。在图9b的实施例中，当连接通道5还基本上形成 在盖11中时，在图9c的实施例在盖11和喷气管3之间具有节流点9。在充气装置的正常运行期间，在具有开口 7的延伸部6中形成压 力緩沖，这确定了在分配喷气管3中的压力状况。然而，在小流速下，液体1可通过延伸部6进入喷气管3中并且随着气流通过喷气管3向
上传送。根据本发明的装置的泵动效应在图10中示出，液体1的量通
过所示的装置传送，该流量随着气流流速的发生变化。
权利要求
1.一种对液体(1)充气的装置，特别用于浸入操作中的薄膜设备，其具有供气通道(2)和至少一个喷气管(3)，在充气操作中气流从喷气管中排出，其中喷气管(3)通过至少一个连接通道(5)连接到供气通道(2)上，该连接通道(5)包括在喷气管(3)一侧的第一出口区域(8)和在供气通道(2)一侧的第二出口区域(8′)，并且因为节流产生进入喷气管(3)的气流的流动压力损失，并且其中在第一出口区域(8)的下面设置一个延伸部(6)，该延伸部邻接喷气管(3)，并且在第一出口区域(8)的下面具有一个开口(7)。
2. 如权利要求l所述的装置，其中该连接通道(5)具有节流点(9) 或者在它的整个长度上的横截面小于喷气管(3)的横截面。
3. 如权利要求1或者2所述的装置，其中第二出口区域(8，)设 置在供气通道(2)的底部中。
4，如权利要求l-3任一所述的装置，其中连接通道(5)利用附 着于供气通道(2)的连接件(10)设置，其中喷气管(3)向上延伸 入连接件(10)的接收室(12)中，并且其中盖(ll)设置在连接件 (10)上，其在底部开口并且形成延伸部(6)。
5. 如权利要求4所述的装置，其中连接通道(5)在插入接收室 (12)的喷气管(3)的端部(13)处具有节流点(9)。
6. 如权利要求5所述的装置，其中该盖(11)具有内部表面(17), 其釆用环形间隙(18)封闭喷气管(3)的端部(13),其形成节流点 (9)。
7. 如权利要求4-6任一所述的装置，其中该盖(11)具有凹部， 其相对于喷气管(3)的端部(13),并且形成延伸部(6)的流动平稳 室(19)，并且其中盖侧开口 (7)排入流动平稳室(19)。
8. 如权利要求4所述的装置，其中包括两个阀体(20， 21)的节 流阀(22)位于环形室中，该环形室由连接件(10)和喷气管(3)限 定，第一阀体(20)位于喷气管(3)的端部(13)上，并且桥接喷气管(3)和连接件(10)之间的环形室，以及具有气体通道开口 (23), 并且笫二阀体(21)具有与气体通道开口 ( 23 ) —起作用的阀座(24 )， 并且位于盖(11)和第一阀体(20)之间的室中。
9. 如权利要求8所述的装置，其中第二阀体(21)具有一个通道， 其形成在节流点(9)后面的延伸部(6)的流动平稳室(19)，并且与 盖(11)中的开口 (7)对齐。
10. 如权利要求l-9任一所述的装置，其中喷气管(3)的端部不 具有颈缩和盖，并且在其从供气通道(2 )伸出的端部在将要充气的液 体(1)中是自由的。
11. 如权利要求10所述的装置，其中喷气管(3)在其从供气通 道(2)伸出的上端(4)处具有扩散型膨胀口 (26)。
12. 如权利要求1-11任一所述的装置，其中喷气管(3)由空心 纤维薄膜的束(27)封装，其一端嵌入头部(28)中，并且排出到与 供气通道(2)分离的渗入收集室(29)中。
13. 如权利要求l-12任一所述的装置，其中该延伸部(6)连续 地通入喷气管(3)，延伸部(6)和喷气管(3)具有相同的横截面。
14. 如权利要求l-12任一所述的装置，其中喷气管(3)和/或延 伸部在至少一些部分中具有圆锥形路线。
15. 如权利要求l-14任一所述的装置，其中多个喷气管(3)连 接到供气通道(2)上，在充气操作中，气流同时从供气通道中排出， 喷气管(3)每个通过至少一个单独的连接通道(5)连接到供气通道 (2)，由于节流，连接通道(5)产生进入喷气管(3)的气流的流动压 力损失，并且延伸部(6)设置在每个连接通道(5)的下面，延伸部 在对齐的连接通道(5)的下面具有开口 (7)，并且与对齐的喷气管(3) 邻接。
全文摘要
本发明涉及一种充入气体到液体(1)中的装置，特别用于在浸入操作中使用的薄膜设备，该装置具有一个供气通道(2)和至少一个喷气管(3)，在充气运行中气流从喷气管中排出。根据本发明，喷气管(3)通过一个连接通道(5)连接到供气通道(2)上，该连接通道(5)包括在喷气管(3)一侧的第一出口区域(8)和在供气通道(2)一侧的第二出口区域(8′)并且因为节流产生进入喷气管(3)的气流的流动压力损失。在第一出口区域(8)的下面设置一个延伸部(6)，该延伸部邻接喷气管(3)并且在第一出口区域(8)的下面具有一个开口(7)。
文档编号B01F3/04GK101516486SQ200780034688
公开日2009年8月26日 申请日期2007年9月17日 优先权日2006年9月19日
发明者D·劳伦斯, D·福尔默林, K·福森考尔, S·舍费尔 申请人:科赫薄膜系统有限公司