CN106163638B - 具有扫气调节器的壳体头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种壳体头(22)，该壳体头(22)用于压缩空气的干燥装置，该壳体头可连接到壳体(24)上，该壳体中设有优选为一束中空纤维膜隔膜的隔膜过滤器，壳体头(22)具有c)潮湿的压缩空气(A)的入口(26)，该入口过渡到内管(28)，该内管(28)至少在部分上，由壳体部(60)同轴围绕，d)干燥的压缩空气(B)的出口(44)，该出口过渡到环形腔室(40)，该环形腔室(40)成形于内管(28)的外侧和壳体部(60)的内侧之间。进一步，一主体(50)的阀导向环(66)围绕内管(28)并保持在其上不可移动，一环形滚动隔膜(58)布置在环形腔室(40)内，该滚动隔膜外侧被固持其内侧连接到阀环(68)，该阀环围绕主体(50)的阀环导向件(66)并可沿阀环导向件(66)纵向轴线(Ⅹ‑Ⅹ)移动，至少一个流量传递导管(74)布置在阀环(68)和阀环导向件(66)之间，在压缩空气流动方向上流量传递导管经过滚动隔膜(58)并当阀环(68)处于其初始位置中而基本上没有压缩空气需求时通过阀环(68)进行关闭，阀环导向件(66)具有吹扫气导管(76)，通过该吹扫气导管(76)，干燥的压缩空气(B)在隔膜过滤器方向上导回，吹扫气导管(76)基本上由在初始位置时的阀环(68)关闭。

Description

具有扫气调节器的壳体头

技术领域

本发明涉及一种壳体头，该壳体头用于压缩空气的干燥装置，该壳体头可连接到壳体中，该壳体中设有隔膜过滤器，优选设有一束中空纤维膜隔膜过滤器。

背景技术

例如，在工业工程或医学工程中，压缩空气的使用总是与关于管网与消耗点的湿度的质量问题相联系。因此，重要的要求在于压缩空气的干燥。为此，使用隔膜过滤器，能对水蒸气有选择地渗透。该过滤器壳体内部具有束排列的高度选择性的中空纤维膜，潮湿的压缩空气流穿过该中空纤维膜。优选地过滤潮湿的压缩空气以便捕捉可能堵塞中空纤维膜的剩余污垢，油雾和凝析油。中空纤维膜允许水蒸气扩散到外面。在干燥的压缩空气的出口处，一小部分压缩空气在膨胀后分流并用作吹扫气。吹扫气以压缩空气逆流穿过中空纤维到外部。由于水蒸气浓度的差异，实现了从压缩空气到吹扫气体的水分子的连续迁移。因此，常用的术语“隔膜过滤器”可能至少在一程度上误解为，除了扩散，不执行机械分离的隔膜过滤器。为了简单起见，这种表达仍然在本发明中使用。

这个过程是连续的。吹扫气不断地干燥进入的潮湿的压缩空气。只有水分子可以透过中空纤维膜。干燥的压缩空气的组成保持不变。结果，得到纯的干燥的压缩空气。

吹扫气气体量由喷嘴确定，该喷嘴允许由喷嘴压力和大小决定的恒定的气体量通过。缺点是，在部分负载或零负载的情况下，当有很少或没有压缩空气的需求时，吹扫气气流在即使不需要或只在有限的程度需要时仍然保持不变。这导致整个系统有相当大的压力损失。

为了缓解这个问题，扫气调节器为大家所熟知，其任务是将吹扫气流调节为所需量。

美国专利5,160,514公开了一种用于压缩空气的干燥装置，该装置具有这样的吹扫气调节器，该调节器与压缩空气的干燥装置集成在一起。为此，干燥装置的压缩空气出口与一腔室连通，该腔室是由隔膜限定。在隔膜的另一侧有进一步的腔室，该腔室通过一条管线连接到干燥装置的压缩空气入口。该隔膜假定在一位置，其位置取决于压缩空气入口和压缩空气出口之间的压力差。该隔膜连接到包括横向槽的阀元件，并在该壳体的相关内孔内引导。根据隔膜的位置，阀元件假定在一位置，允许压缩空气流从干燥装置压缩空气出口按扫气管路方向或强或弱的流动。

这种扫气调节器不能以令人满意的方式工作。特别是当干燥设备的压缩空气入口压力和出口压力之间有小压差时，调节行为是不能令人满意的。并且，干燥设备的压缩空气入口压力和出口压力之间有大压力时，存在一个问题，压缩空气出口的空气必须在流动的同时提供压力。此方案的一个缺点是，调节必须进行调整，以提供一个具体的(平均)工作压力。如果工作压力波动，调控行为变化明显。这导致了令人困惑的状态。

另一个因素在于，压差也依赖于过滤元件的负载，填充度影响压差从而影响扫气调节。这可以在过滤器元件使用寿命期间变化，这是不希望的。

发明内容

从这个基础上它已经成为本发明用于提出壳体头的要求，该壳体头用于压缩空气的干燥装置，允许改进调节扫气。它应能够快速和灵敏地反应，以适应压缩空气不同的需求，但壳体头仍应以稳靠和弹性的方式来构造。

根据本发明，这一要求是由具有权利要求1的特征的壳体头来实现。

基本上，本发明沿着两条路径进行：一方面提出了控制被传递到扫气入口的压缩空气的气流，以便于仅当压缩空气被压缩空气驱动设备吸入时才确实可获得到吹扫气体。在使用压缩空气驱动装置的工作暂停期间，吹扫气的气流被关断，或至少降低到明显较少的压缩空气除湿消耗的水平。然而，也可以作为吸入压缩空气气流的函数来实现调节，因为获取或大或小量的扫气取决于压缩空气驱动装置吸入更大或更少量的压缩空气。

如果压缩空气被抽走，在流出侧压力降低，使阀环沿着基体移动，从而打开流量传递管以及吹扫气导管。

根据本发明的壳体头/吹扫气调节器的基本优点在于这个事实：吹扫气开关仅从某一压差位开始工作和切换。当出口区域压力降低，在隔膜上的力平衡受到影响且隔膜下方的较大的力开始提升隔膜。压差穿过开关两侧，开关两侧位于在该系统的出口，这意味着该吹扫气体开关是独立于系统中的压差。阀环依赖施加在滚动隔膜上的压力直接打开吹扫气管与流量传递管的开口。这允许实现对压力变化非常敏感的反应，以快速直接地打开。

在初始位置时，即当没有压缩空气需求时，内管的外侧和壳体部的外壁的内侧之间的环形腔是由滚动隔膜关闭。在这个位置上，滚动隔膜被保持在外侧，并且不能在沿内管的纵向轴线和周边同轴壳体部的外侧移动。相比之下，连接到在其内侧的滚动隔膜，搁在基体的一底面上，并且可以通过压缩空气移动，该压缩空气沿着阀环导向件/内管的直管段纵向轴作用在滚动隔膜流入侧。由于阀环的移动，则流量传递导管和吹扫气体导管打开，一方面干燥的压缩空气可以通过出口流出，另一方面吹扫气经由吹扫气体导管向外回流穿过中空纤维，该回流方向与中空纤维内部的潮湿的压缩空气的方向相反，并且可以相反于隔膜过滤器的干燥空气的流动方向流回。

因此，由于压缩空气运动/差压，阀环升降或移动时，打开两个流路，一条是干空气通到出口的路径，一条是用作扫气的干空气路径。

该实施例的一个特别有利的变体中，基体安装在它的横向方向上横向延伸到纵向方向时，也占据了内管的外侧和外壁的内侧之间的整个环形腔。在干燥的压缩空气的流动方向上，基体布置在环状膜的前面并成形为锅状。在它的底面，基本主体包括各自的通孔，通过该通孔压缩空气指向正对着滚动隔膜的流入侧。

在其初始位置的阀环位于锅状基体内，该基体跨越具有阀环下部和阀环上部的滚动隔膜。在横向方向上看到的相反侧，滚动隔膜在夹紧环的帮助下保持在基体上。选择夹紧环的直径使得其靠在壳体部的外壁的内侧。

以这种方式构成的具有阀环的基体的基本优点在于，这是可以配合到壳体头作为内聚功能单元。为此，基体通过密封垫抵靠壳体部的外壁的内侧而密封。

有利的是，通过一个弹簧元件将阀环保持在它的初始位置，使得当没有来自用户的压缩空气需求时，回到初始位置。

所使用的弹簧元件可以是螺旋弹簧，其设置在阀环和壳体头内的支撑表面之间。所以，壳体头内的弹簧元件靠在阀环上，使得该弹簧元件经由支撑面相对流动方向被挤压到其初始位置。当吸入压缩空气时，压缩空气克服弹簧力并移动阀环。不用螺钉弹簧，其它合适的弹簧元件可以使用，不仅压缩弹簧可以用，而且拉伸弹簧也可以用。

在其初始位置的阀环位于吹扫气导管的入口开口的前面，所述吹扫气导管第一部分基本上横向延伸到内管的纵向轴线。吹扫气导管的第二部分接合在其上，平行于内管和过渡延伸到第三部分，而第三部分又横向地延伸到内管的纵向轴线。干燥空气通过扫气导管进一步进入到围绕中空纤维的外侧的区域。本发明仅提供了一个吹扫气体导管，但均匀分布在内管周围的多个吹扫气体导管也是有意义的。

通过沿内管的纵向轴线延伸、并且在背向滚动隔膜的方向有利地加深的槽形在基体内形成至少一个流量输送导管。由于增大加深，打开的流量输送管直径随着阀环的移动不断增大，从而避免在流量输送截面突然上升。流量输送截面不断增加具有使隔膜进行流畅移动而不振抖的作用。有利地是，凹槽可以这样设置，使得为了避免突然打开而有颤振，凹槽早在初始位置就释放窄流截面。

原则上，多个流量输送管的不同实施例是可能的。例如，阀环导向件也许具有设在它自身的单一的槽，然而优选的是，提供多个沟槽，该沟槽均匀地分布在内管的外周。可替代地，不用独立的流量输送管，对整个阀环导向件作规定，以连续地逐渐变细，使得不需要独立的沟槽。在初始位置的阀环然后靠在一区域，在该区域中所述阀环导向件的直径是最大值。当阀环移动时，由于锥形的原因，压缩空气可能会自动溢流。为了保证阀环的均匀运动，引导元件，例如肋，应在内管外部沿着内管的纵向轴线设置，其防止阀环倾斜。

滚动隔膜的流入面是比较大的，并使得可以使用相对较强的弹簧元件，而这又明显改善了切换点的再现性。此外，由于增加的定位力，对机械影响的阻力更强。整体上，由于紧凑的结构，所需要的输入材料的量小。

按照实施例的特别有利的变体，阀环和基体这样设置，使得在初始位置中，当没吸入压缩空气时，极小潜行气流回流到吹扫气体导管。优选地，在阀环停靠在吹扫气导管的区域，阀环包括小的贯通通道，通过该贯通通道潜行空气永久地引导到吹扫气导管。此潜行空气也可用来控制压缩空气系统。

阀环的基体可设置在完全分配到壳体头的内管上。可替代地，本发明的内管和芯管的自由端可伸入到基体/阀环导向件。芯管是要分配给隔膜过滤器元件，该隔膜过滤器元件设置在壳体内，壳体头连接到该壳体。因此，基体也用作壳体头和与之相连的隔膜过滤器元件之间的连接部件。

内管由抵靠基体的垫片在内管外侧进行密封。如果基体包围着内管和芯管，则该芯管也可用靠在基体上的垫片进行密封。

在本发明的描述中，为简单起见，使用术语“扫气调节器”，因为在本发明的装置帮助下，即使在利用其对吹扫气体进行控制的主变体中，也可取决于实施而对吹扫气体气流进行调节。已经描述的吹扫气导管，可以用简单的孔实现，但是根据本发明，细长槽或多个孔也是可行的，其中吹扫气体在或大或小程度上被引导通过该细长槽或多个孔。

控制行为取决于吹扫气导流或吹扫气导管的设计以及取决于恢复力，其中该恢复力作用在吹扫气开关上。因此，控制行为受复位弹簧的影响，其中，依据本发明也可使用可调节的反承载(counter-bearing)校准。

附图说明

现在将参考以下附图更加详细地对本发明进行说明。这些不应理解为以任何方式限制本发明，而是仅代表目前工艺水平和本发明的原理，其中

图1为现有技术的隔膜干燥器横截面图，

图2为现有技术的隔膜干燥器的壳体头的横截面的放大图，

图3为本发明壳体头的横截面的透视图，

图4为本发明吹扫气开关的透视分解图，

图5为图4在初始位置的吹扫气开关的透视图和部分横截面图，

图6为图5中I区的放大剖切图，

图7为图5中Ⅱ区的放大剖切图，

图8为穿过壳体头的横截面流量示意图，

图9为阀环初始位置时穿过壳体头横截面流量第二示意图，

图10为阀环离开阀座时穿过壳体头的流量第三示意图，

图11为阀环离开时吹扫气开关横截面图。

具体实施方式

图1和2为现有技术的通用隔膜干燥器20的功能图。这包括壳体头22，壳体24以压力密封的方式拧到壳体头上。该壳体头22包括入口26，该入口过渡到内管28。在所示的实施例中，内管28包括约为90°的弯并过渡至沿着纵向轴线X-X延伸的直线区。

连接到内管28的芯管30，其长度比壳体24的总长度短。连接到芯管30的自由端的壳体24内的出口腔32，来自芯管30的压缩空气进入该出口腔，并传递到壳体环形空间34内。壳体环形空间34位于芯管30的外壁和壳体24的内壁之间。

中空纤维36布置在壳体环形空间34内，该中空纤维包括可渗透水蒸汽的具有涂层的多孔载体材料。在实施例中所示的空心纤维36通过保持元件38保持。保持元件38还专门引导压缩空气进入空心纤维36的内部。

壳体环形空间34过渡到基本上布置在壳体头22的环形腔室40。环形腔室40位于内管28的外侧和壳体头22的壁42的内侧之间。在压缩空气的流动方向上，出口44连接到环形腔室40。

在图1，2及部分下图中，流量用箭头来标记，其中，湿蒸气标记为A，干燥空气标记为B，吹扫气标记为C，潜行空气标记为D.图1和2清楚地表明，即使没有经由隔膜干燥器20的出口44抽吸有用空气，吹扫气也是永久存在的。

箭头表示隔膜干燥器20内特别是压缩空气流动方向。压缩空气通过入口26进入膜片干燥器20，穿过内管28和芯管30到排出室32，并从该排出室32回流，通过壳体环形空间34穿过中空纤维36到壳体头22并通过出口44排出。而通过中空纤维36行进的压缩空气的湿度通过中空纤维壁向外部扩散。

部分干燥的压缩空气气流在出口44前相对地快速转向并引导作为吹扫气体到中空纤维外空间，在该外空间，吸收扩散的水蒸汽并通过吹扫气体出口46排出到大气中。

中空纤维36的保持元件38的构造，使得压缩空气只能流过中空纤维36内部。因此，在中空纤维36之间的外空间仅存在吹扫气C。

图3为本发明的具有吹扫气体开关48的壳体头22的第一截面图。图4和5特别清楚表达了吹扫气开关48的构造。吹扫气开关48包括所示实施例中围绕内管28和芯管30的自由端的基本体50。壳体头22包括具有外螺纹64的壳体部60，壳体24可以拧到该壳体部60。壳体部60同轴地延伸到内管28的直管部，该直管部过渡到芯管30。

基体50通过抵靠内管28和芯管30的垫圈52进行密封。在所示实施例中的基体50延伸穿过包括锅状的基本形状的整个环形腔室40。基体50的底面54具有加工的通孔56，压缩空气可被引导通过该通孔56。背向流动方向的通孔56一侧设置有滚动隔膜58，该滚动隔膜58也延伸穿过整个环形腔室40。滚动隔膜58在其面朝壳体部60的一侧，通过夹持环62快速保持。基体50设置在干燥的压缩空气B的流动方向的滚动隔膜58的正前方.

基体50利用阀环导向件66围绕内管28。阀环68保持在阀环导向件66上，其中阀环68沿着纵轴X-X移动，该X-X轴沿着芯管30和内管28直管部延伸。

阀环68由阀下部70和阀上部72组成，滚动隔膜58保持在它们之间(参见图4)。这具有当滚动隔膜58沿着纵向轴线X-X移动时阀环68也移动的效果。基体50还包括在其外侧的垫圈52，该垫圈作为抵靠壳体部60的密封件。

图5特别清楚的表明，在所示实施例中沿着纵向轴X-X上，阀环导向件66存在着许多流量传递导管74，该流量传递导管74均匀围绕布置在内管28上。流量传递导管74形成为凹槽，该凹槽的深度沿压缩空气流动方向上增加。在图5右手侧，这可以特别确认。因此，凹槽内的行进为圆锥形。

图5示为初始位置的阀环68，在该图中，在基体50的底面54上落座着阀环68。在该位置，流量传递导管74关闭，使得干燥的压缩空气不能流过。

图5进一步地显示了吹扫气导管76，该导管开始于底面54和滚动隔膜58之间的环形腔室40。干燥的压缩空气B通过该吹扫气导管76分流，并在中空纤维36的方向转向。可以确定的是，在阀环68的初始位置时，吹扫气导管76基本上由该阀环关闭。

图6和7为阀环58的初始位置、吹扫气导管76和一个流量传递导管74的放大图。

滚动隔膜58包括流入侧78和流出侧80，其中，所述流入侧78朝向到达的干燥的压缩空气/壳体和流出侧80朝向壳体头22/出口44。

在吹扫气导管76的区域中，阀环68包括一个贯通通道82，该贯通通道82是由一台肩形成的。该贯通通道82或肩部具有的效果是，即使在阀环68的初始位置，小部分干燥的压缩空气B可以作为潜行空气通过吹扫气导管76逸出。此潜行空气D可以用作整个系统的控制空气。

图8至10为通过吹扫气体开关48的区域中的壳体头22中的压缩空气流量。图8和9为其初始位置的阀环68图。可以确定的是，压缩空气入射在滚动隔膜58的流入侧78。因为没有压缩空气的吸入，阀环68保持在其初始位置，并关闭流量传递导管74和吹扫气导管76。图9还显示，仅小部分压缩空气作为潜行空气D通过贯通通道82逃逸。吹扫气导管76包括；基本上横向延伸到纵向轴线X-X的第一部分，平行纵向轴线X-X延伸的第二部分和横向再延伸到纵向轴线X-X的第三部分。从而，吹扫气导管76转向并引导吹扫气C与潜行空气D，使其相对引导壳体24内主要流动方向回到壳体环形空间34，进入到中空纤维36的保持元件38之间的区域。中空纤维36到吹扫气体出口46之间的外部存在着干燥的压缩空气B。

另外，图9示出弹簧元件84，该弹簧元件84将阀环68保持在其初始位置。直到由压缩空气产生的压力超过弹簧元件68的弹性力，该阀环68才升离底面54。

图10和11为不接触底面54的升起位置的阀环68图。可以清楚地确认的是，吹扫气导管76和流量传递导管74是打开的。特别是图10显示了加深槽/流动方向上的流量传递导管74连续加宽的功能。阀环68距底面54的距离越大，用于压缩空气的自由开口的直径变得越大。

本发明并不局限于所示的实施例，而是仅仅代表本发明的第一个变型。例如流量传递导管74也可设置在阀环68内。具有滚动隔膜58的阀环68可以在外部区域升起，保持在内管28上且不可移动。

Claims (9)

1.用于压缩空气的干燥装置的壳体头(22)，该壳体头可连接到壳体(24)上，该壳体中设有优选为一束中空纤维膜隔膜的隔膜过滤器，所述壳体头(22)包括：

a)潮湿的压缩空气(A)的入口(26)，该入口过渡到内管(28)中，该内管(28)至少在部分上，由壳体部(60)同轴围绕，

b)干燥的压缩空气(B)的出口(44)，该出口过渡到环形腔室(40)中，该环形腔室(40)成形于内管(28)的外侧和壳体部(60)的内侧之间，

其中，

基体(50)的阀环导向件(66)围绕内管(28)并不可移动地保持在内管(28)上，

环形滚动隔膜(58)布置在环形腔室(40)内，该滚动隔膜在其外侧处被固持，并在其内侧处连接到阀环(68)，该阀环围绕基体(50)的阀环导向件(66)并可沿阀环导向件(66)纵向轴线(ⅩⅩ)移动，

至少一个流量传递导管(74)，其布置在阀环(68)和阀环导向件(66)之间，该流量传送导管在压缩空气流动方向上经过滚动隔膜(58)并当阀环(68)处于其初始位置中从而基本上没有压缩空气需求时，通过阀环(68)进行关闭，

阀环导向件(66)具有吹扫气导管(76)，通过该吹扫气导管(76)，干燥的压缩空气(B)在隔膜过滤器方向上导回，吹扫气导管(76)基本上由在初始位置时的阀环(68)关闭。

2.根据权利要求1所述的壳体头(22)，其特征在于所述阀环(68)，在其抵靠在吹扫气导管(76)的区域，具有贯通通道，通过该贯通通道，干燥的潜行空气(D)永久地引导到吹扫气导管(76)。

3.根据权利要求1或2所述的壳体头(22)，其特征在于所述基体(50)，在干燥的压缩空气(B)的流动方向上，直接从滚动隔膜穿过整个环形腔室(40)延伸，并具有一个锅状的基本形状，其中通孔(56)被加工在基体(50)的底面(54)上。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的壳体头(22)，其特征在于所述至少一个流量传递导管(74)由阀环导向件(66)中的槽形成。

5.根据权利要求4所述的壳体头(22)，其特征在于，槽深度在干燥的压缩空气(B)的流动方向上增加。

6.根据权利要求1至2中任一项所述的壳体头(22)，其特征在于设置多个流量传递导管(74)，该流量传递导管(74)围绕阀环导向件(66)中的内管(28)周围均匀地分布。

7.根据权利要求1至2中的任一项所述的壳体头(22)，其特征在于所述吹扫气导管(76)具有基本上横向延伸到阀环导向件(66)纵向轴线(ⅩⅩ)的第一部分、平行于阀环导向件(66)纵轴线(ⅩⅩ)延伸的第二部分和再横向延伸到纵向轴线(XX)的第三部分，并在中空纤维(36)的保持元件之间的壳体环形空间(34)结束。

8.根据权利要求1至2中任一项所述的壳体头(22)，其特征在于设置有弹簧元件(84)，当没有干燥的压缩空气(B)需求时，该弹簧元件(84)保持阀环(68)在其原始位置。

9.根据权利要求8所述的壳体头(22)，其特征在于所述弹簧元件(84)由布置在所述阀环(68)和壳体头(22)内的支撑表面之间的螺旋弹簧形成。