CN107073417B - 利用气体加载液体的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种例如利用空气或另一气体加载特别是诸如硅酮树脂的较高粘度液体的装置(10)。所述装置具有接收所述液体(11)和所述气体的压力容器(12)，在该压力容器中布置有搅拌器(15)，所述搅拌器具有至少部分地穿过所述压力容器(12)的驱动轴(16)。为了能够特别快速而均质地将所述液体(11)与所述气体混杂，所述驱动轴(16)被布置在传送管(20)中并且驱动传送机构特别是螺旋传送器(19)，将所述液体(11)经由所述传送管(20)输送到至少一个出口(22)，并且在所述出口下方从所述传送管(20)设置有出口表面(25)以使所述液体(11)流出所述出口。在致动所述搅拌器(15)时，所述液体(11)不仅由此与已经接收在其中的空气良好地混杂在一起，而且同时经由所述传送管(20)传送到所述出口表面(25)，在所述出口表面上所述液体可以以薄层排放，结果与所述气体有特别大的交换区。

Description

利用气体加载液体的装置和方法
本发明涉及一种用气体特别是用空气加载特别是较高粘度液体的装置，其中所述装置具有接收所述液体和所述气体的压力容器，并且其中具有竖直地穿过所述压力容器的驱动轴的搅拌器被至少部分地布置在所述压力容器中。本发明进一步涉及一种使用根据本发明的装置用气体加载特别是较高粘度液体的方法。
当诸如聚氨酯或硅酮原料的较高粘度液体用于生产衬垫等时，所述粘性材料的预处理对其后生产的产品的质量是非常重要的。使用的原料常常是多组分系统中的一种或两种组分，其在混合器中充分混合然后彼此化学反应以产生气体(通常是二氧化碳)，进而在从混合器排出并且施加到基材之后，它们发泡。这样能够生产就地成形发泡衬垫(Formedin Place-Foamed Gasket，“FiPFG”)。
特别是当使用硅酮材料来生产所述发泡衬垫或覆盖物时，相对较高粘性起始材料的空气含量对于获得良好泡沫质量是特别重要的。所使用材料特别是硅酮材料必须优选地在进一步处理(例如与混合器中的第二组分混合)之前加载有精确控制量的空气，换句话说，空气在增加的液体压力下溶解于液体中，形成了用于在随后的化学反应中产生的气泡的核，在化学反应中产生的气体可以附着于核，由此形成特别高质量的泡沫。
本发明提出了一种方法，借此较高粘度硅酮或聚氨酯材料可以有目的地以受控的方式利用空气或另一气体进行压力加载，使得气体以确定的浓度溶解于液体中，优选地直到材料尽可能地利用气体进行饱和。然而，所述装置和所述方法还可以应用于涉及气体在液体中的溶解的其它领域。
出于这样的目的，通用装置包括接收液体和气体的压力容器，在所述压力容器中布置有搅拌器，所述搅拌器具有至少部分地穿过所述压力容器的驱动轴，其通过不断地搅拌所述容器中的液体来确保与位于液面上方的加压空气交换，使得在或多或少的长时间搅拌之后，液体利用气体进行饱和。在已知装置中，空气通常从下方(使用喷嘴、环，等等)吹送到容器中，然后分散到粘胶液中形成微小气泡。另一已知组件涉及外部再循环泵的使用，使用所述外部再循环泵将粘性材料从罐中去除进而在回路中传送回到所述罐中，所述粘性材料然后从一种罩的上方的传送管路排放进而沿着所述罩流回到位于所述罐下方的液体贮存器中。
除了特别是具有外部再循环泵的已知装置非常复杂的事实意外，利用这样的已知装置充气时的处理时间相当长，而且，很可能在液体中形成较大气泡，部分地导致两相材料，这可能造成随后进一步处理中出现问题。
本发明的目的是提供上述种类的装置和方法，其具有紧凑的设计并且能够利用气体加载液体，直到以与现有技术相比可靠而快速的方式饱和为止，没有任何未溶解气体的气泡形成在液体中。
所述装置借助以下手段实现该目的，即：所述驱动轴被布置在传送管中并且驱动传送机构将所述液体经由所述传送管输送到至少一个出口，并且在所述出口下方从所述传送管设置有流失表面(running-off surface)，该流失表面用于流出所述出口之外的所述液体。
当利用根据本发明的装置执行根据本发明的方法时，由所述压力容器接收的所述液体可以借助所述搅拌器搅拌并且在所述容器内侧经由所述传送管传送到所述液面上方的水平且经由至少一个出口传送到所述流失表面上，在所述流失表面上所述液体以薄层排放同时利用位于所述液面上方的加压气体加载，其中，同时，包含在所述液体中呈气泡形式的未溶解气体被释放到气体气氛中。所述搅拌器的所述驱动轴另外驱动所述传送机构并且所述传送机构将所述压力容器内侧的所述传送管中的所述液体向上泵送到所述流失表面之上的事实会导致特别紧凑的设计，由于所述搅拌器和传送泵两者使用单一驱动器，所以需要很少的维护。在所述搅拌器确保所述气体在所述液体中的均匀分散的同时，还确保在所述气体与所述液体之间存在较大交换区，导致所述气体可能在保留于所述容器中之后仅在较短时间段内与所述液体混杂并溶解在所述液体中。这是借助以下手段以与通过所述搅拌器搅拌所述液体同时的方式实现的，即所述液体被传送到所述流失表面，在所述流失表面上所述液体可以以薄层排放并由此与位于所述液面上方的加压空气接触。
所述传送机构优选地通过将布置在所述传送管中的螺旋传送器以扭矩保证(torque-proof)的方式联接到所述驱动轴而形成，其中已证明有利的是，所述螺旋传送器在所述传送管的下端处从所述传送管略微突出。这确保甚至当使用高粘度材料(换句话说，稠材料)时，在抽吸或泵送到所述传送管中的时候不会发生失速。所述螺旋传送器从所述传送管的突出确保良好的抽吸性能，由此可靠地传送所述液体，甚至是高粘度液体。相当于该方案的是如下实施方式，其中管壁具有在所述传送管的下端处分布在周边上的凹陷部，待传送的粘性材料可以经由所述凹陷部流入所述螺旋传送器中。
所述流失表面优选地由锥形或截头锥形表面形成，其直径优选地略微小于大致筒形压力容器的直径。在最简单的情况下，所述压力容器可以例如是输送所述液体的桶。完成所述装置的附件可以在去除上盖之后以压力密封的方式安装在所述桶上，所述附件保持所述搅拌器，当安装所述附件时所述搅拌器浸入所述液体中(连同根据本发明的装置的所有其它部件)。
所述流失表面的倾斜角可以优选地在最小值与最大值之间无级调节。通过改变所述倾斜角，可以随着其层厚度调节泵送到所述流失表面上的所述液体保留的时间段。当处理更低粘度的液体时，比更高粘度液体更小的倾斜角将通常是首选的，以便防止所述液体迅速排放。
所述压力容器可以具有布置在所述流失表面上方的至少一个液体入口，这特别是在用不存在器皿中的气体加载所述液体的情况下是有利的，所述液体被输送到静止的压力容器中。根据本发明的装置优选地包括至少一个加压气体连接部，其中在本发明的第一实施方式中，加压气体连接部在所述液面上方通入所述压力容器中。所述加压气体连接部还可以以替代或补充的方式在所述液面下方通入所述压力容器中，其中在这种情况下，优选地包括位于所述容器的下部中的气体加载环，所述气体加载环具有多个气体出口，加载所述液体用的所述气体从所述多个气体出口直接吹送到所述液体中。当使用该方法时不可避免地形成在所述液体中的气泡被随后传送到所述流失表面上的气液混合物中和，在所述流失表面上所述气泡除气且仅保留溶解于液体中的气体。
液体排放管路有利地在所述液面下方连接到所述压力容器。然后，所述液体排放管路可以连接到再循环管路，其另一端连接到通入所述容器的液体入口。用气体饱和的所述液体可以经由所述排放管路从所述压力容器排放进行进一步处理，以及/或者可选地经由所述再循环管路流回到所述容器中。特别有利的是，气体负荷测量装置附接到所述液面下方或所述液体排放管路下方，可以利用所述气体负荷测量装置确定所述气体在所述液体中的饱和水平。使用所述测量装置还能够使所述装置容易地调节至确定的空气加载值，通过使经由所述排放管路排放到所述容器中的材料再循环，直到所述气体负荷测量装置的检测值对应于先前确定的期望值，例如在确定的处理压力下的饱和值。例如，可能的调节参数可以是所述压力容器的初始压力、吹入的额外空气量和/或所述搅拌器的计时或速度，因此还有由所述螺旋传送器传送的液体量的体积。
在本发明的另一优选实施方式中，至少一个溢流开口被布置在所述流失表面中，借此所述空气和/或所述液体可以从下向上流动。所述溢流开口可以借助阀构件(优选地，借助弹性阀板)被阻塞以防从上向下的流动。借助所述溢流开口，可以避免当机构浸入所述容器中以及随后所述液面升高时可能出现的较大移位。具有至少一个溢流开口会确保不允许气泡形成在所述流失表面下方，否则这将使填充水平的正确测量复杂化，这种测量例如对于以受控的方式重新填充所述压力容器是需要的。
优选竖直的特别是柱形的引导表面可以连接到所述流失表面的下边缘，所述下边缘优选地至少延伸到所述液面的水平并且所述液体可以从所述下边缘以引导的方式引流，而不形成液滴并从所述流失表面滴落。
所述装置和方法可以设计成使得可以调节所述容器内侧的压力水平、每单位时间经由所述传送管传送的量和/或所述流失表面的倾斜度，以将充气状态最佳地适应由被处理材料确定的状态。
可以从以下描述和附图看出本发明的其它特征和优点，以下描述和附图使用示例说明本发明的优选实施方式。以下示出了：
图1是根据本发明的装置的一个实施方式的竖直截面；以及
图2以简化和示意的方式示出根据本发明的装置的修改形式。
在图中，附图标记10表示用大气压压力下的空气加载较高粘度液体11(例如用于生产发泡衬垫的硅酮材料)的装置整体。当使用这样的密封材料时，用空气加载对发泡衬垫特别是其表面及其孔结构的随后质量具有相当大的影响。一般来说，旨在用空气加载液体(换句话说是密封原材料)，直到达到饱和极限，而在液体中不存在任何自由空气气泡。根据本发明的装置10实现了空气在液体中快速而均匀的溶解，导致当在稍后阶段中进一步处理材料时的优异的泡沫质量。
装置10具有接收液体11的压力容器12，压力容器12具有布置在其盖13上的加压空气连接部14。搅拌器15被设置在容器内侧，具有竖直穿过压力容器12的驱动轴16，驱动轴16可旋转地安装在容器盖13的中心处。轴的从容器盖13向上突出的端部联接(如果需要的话，介入变速器)到驱动马达，驱动马达示意性地示出在图2中并且用附图标记17表示。
在其下端处，搅拌器15的驱动轴16支撑混合器18，混合器18完全浸入在液体11中。采取螺旋传送器19形式的传送机构以不可旋转的方式在驱动轴16上、在混合器18上方联接到轴16。驱动轴16和布置在其上的螺旋传送器19被包含在传送管20中，传送管20竖直地穿过压力容器并且延伸直到螺旋传送器的下端略上方。在传送管20的上端处，恰好在用于驱动轴16的轴承的下方，装配有多个排出口21，形成液体11的出口22，当驱动轴旋转时，液体11由螺旋传送器经传送管20从下向上输送。
在传送管20的外侧、出口22下方，布置有锥形倾斜的旋转排放板23，旋转排放板23在其外部下边缘处具有相对于驱动轴16的轴线以平行的方式向下延伸的邻接引导筒24。在其上表面上，排放板23形成液体11的流失表面25，以从排出口21引流并由此到达排放板23，在此其在上流失表面25上以薄层扩散，所述层的厚度一方面取决于材料的粘度，另一方面取决于排放板23的上截头锥形表面的倾斜度。液体流过流失表面25的下边缘，随后进一步沿着引导筒24的筒形外引导表面26流回到位于压力容器12下方并由混合器18混杂的液体贮存器中。
借助设置在压力容器12的盖13上的加压空气连接部14，加压空气可以引入到压力容器12中，并且可以调节容器12中的期望压力水平。在图1所示的实施方式中，液面28上方的容器盖13中的加压空气连接部14仅是将有待溶解于液体11中的气体引入到容器12中的连接部。相反，在根据图2的实施方式中，附加加压气体连接部29位于液面28下面，其采取布置在混合器18下方的容器中的气体加载环30的形式，所述气体加载环30具有将加压空气可以直接引入到液体11(采取气泡的形式)中的多个气体出口31。在该实施方式中，上空气连接部14主要用作调整或控制连接部，以将压力容器12的压力维持在期望水平下。
液体排放管路33连接到压力容器12的容器基座32，加载有气体的材料可以经此借助传送泵34从容器排放。在传送泵34之前连接到测量点35的气体加载测量装置36确定利用空气使液体11饱和的程度，其中该测量结果可以用于调节装置的可调节参数，诸如容器12的压力、混合器18的速度等，在此由数据线37指示。例如当检测的饱和程度尚未达到需要水平并且材料必须因此循环回到压力容器12中以继续利用空气加载时，再循环管路38经由三通阀在传送泵34之后连接到排放管路33，三通阀还可以接收来自气体负荷测量装置的致动信号。再循环管路38通向液体入口39，未处理液体(即尚未加载有气体的液体)可以经由液体入口39被引入到压力容器12中。
借助这里所描绘和描述的装置10，气体特别是空气可以在仅短暂的处理周期之后特别精细地扩散并溶解于液体11(例如粘性硅酮材料)中。搅拌器15的混合器18确保借助螺旋传送器19、20在液面28上方的传送管内侧被向上泵送的材料的均质化，在此材料到达倾斜的流失表面25，在流失表面25上以薄层向下排放回去。在液体与位于液面上方的加压气体之间存在较大交换区，借此加压空气可以溶解于液体11中，并且借此另一方面，已形成的气泡由于局部过高浓度可以以特别快速的方式从液体中除气。压力容器12中的薄层充气以及脱气特别是导致气体在液体中的快速均质化和溶解，然后可以经由排放管路排放气体进行进一步处理。
为了防止当液面28升高到引导筒24的下边缘上方时气泡形成在引导筒24内侧、排放板23下方，溢流开口40设置在上锥形排放板23中，确保压力平衡，由此确保引导筒内外的同等高度的液面。为了能够防止流过流失表面25的液体从上方穿过溢流开口40，溢流开口40可以被关闭以防止液体借助阀板或其它合适的阀构件(弹性地或柔性地附接至排放板的上表面)从上向下穿过。
本发明不限于示出的示例性实施方式，而是在不脱离本发明的范围的情况下进行不同的改变和添加。作为一个示例，流失表面25的倾斜度也可以改变以便改变流过流失表面25的液体材料的流速和层厚。所述装置可以用于批量地用气体加载液体；然而，还可以以连续的方式进行操作，以相同的措施将未加载的液体和加压气体引入到压力容器中，其中已经加载有气体的材料在容器的下端处被排放。所述装置特别适合处理硅酮原料以生产硅酮发泡衬垫；然而，诸如聚氨酯树脂等其它材料也是合适的。

Claims (11)

1.一种利用气体加载高粘度液体的装置，所述装置具有：
-用于接收所述液体(11)和所述气体的压力容器(12)；
-布置在所述压力容器(12)中的搅拌器(15)，所述搅拌器具有混合器(18)和至少部分地竖直穿过所述压力容器(12)的驱动轴(16)；
所述驱动轴(16)被布置在一传送管(20)中并且驱动传送机构(19)，所述传送机构将所述液体(11)经由所述传送管(20)输送到至少一个出口(22)，在所述出口(22)的下方从所述传送管(20)设置有流失表面(25)，用于流出所述出口(22)之外的所述液体(11)，
所述装置还包括至少一个加压气体连接部(29)，其特征在于，所述加压气体连接部(29)在液面(28)下方通入所述压力容器(12)中，并且所述加压气体连接部(29)包括气体加载环(30)，所述气体加载环(30)具有布置在所述压力容器(12)的基座处的多个气体出口(31)，并且
所述混合器(18)设置在所述传送机构(19)下方并且被所述驱动轴(16)支撑而完全浸入在所述液体中。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传送机构(19)由布置在所述传送管(20)中的螺旋传送器形成，该螺旋传送器以扭矩保证的方式联接到所述驱动轴(16)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述螺旋传送器从所述传送管(20)的下端略微突出，或者管壁具有在所述传送管的下端处分布在周边上的凹陷部，待传送的粘性材料能够经由所述凹陷部径向地流向所述螺旋传送器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述流失表面(25)由围绕所述传送管(20)布置的锥形或截头锥形表面形成。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述流失表面(25)的倾斜角能够在最小值与最大值之间进行无级调节。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述压力容器(12)具有布置在所述流失表面(25)上方的至少一个液体入口(39)。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，一液体排放管路(33)在液面(28)下方连接到所述压力容器(12)，并且一再循环管路(38)一方面能连接到所述液体排放管路(33)且另一方面能连接到至少一个液体入口(39)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，一气体加载测量装置(36)连接到位于液面(28)下方的测量点(35)或者连接到所述液体排放管路(33)。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，至少一个溢流开口(40)被布置在所述流失表面(25)中。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述溢流开口(40)被关闭以防止借助阀构件从上向下的流动。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，一竖直的引导表面(26)连接到所述流失表面(25)的下边缘。
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