CN110191753B - 通风元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于将气体引入液体中的通风元件，该通风元件具有：至少一个气体接口(12)、至少一个载体盘(13)以及至少一个弹性地可变形的膜片(14)，该膜片与该至少一个气体接口(12)和/或该至少一个载体盘(13)连接。在该至少一个膜片(14)与该至少一个载体盘(13)之间所能够形成的空间与该气体接口(12)处于流体连接。该至少一个载体盘(13)具有多个气体逸出开口(15)并且该至少一个膜片(14)至少区段式地由密度比水更小的材料制成或者配备有至少一个浮体(18)，该浮体所具有的密度比水更小。
Description
本发明涉及一种用于将气体引入液体中的通风元件。为此优选地，该通风元件具有至少一个气体接口、至少一个载体盘以及至少一个弹性地可变形的膜片，该膜片与该至少一个气体接口和/或该至少一个载体盘连接。尤其在该至少一个膜片与该至少一个载体盘之间(例如在施加压力的情况下)所能够形成的空间可以与该气体接口处于流体连接。
通风元件尤其用于生物废水净化，以便为淤泥-水混合物中的细菌提供经溶解的氧气，从而使废水中的有机和无机成分被降解或被氧化。
与氧气输入的类型相对应地，机械通风(也被称为表面通风)与压缩空气通风之间存在区别。例如，欧胜腾(Aqseptence)集团有限公司提供了商标为
的机械通风系统，其中空气中的氧气借助水平旋转的辊与水密切接触并由此将氧气输入到水中。
欧胜腾集团有限公司还提供商标为
和
的压缩空气通风元件，在这些压缩空气通风元件中借助于鼓风机或压缩机来生产压缩空气，并且通过管式分配系统将压缩空气引向各个通风元件，这些通风元件安装在生物反应池的底部。压缩空气在那里从元件的特殊开口中以单独的气泡的形式逸出，这些气泡经过淤泥-水混合物上升到水面，其中在气泡上升期间，空气泡与水之间发生强烈的物质交换并且同时氧气被溶解到水中。
实际上，由刚性金属或塑料制成的通风管仅被用于通过大的空气泡(例如在通风的除沙槽中)来产生混合和水循环，而并不适合用于进行良好的氧气输入。此外，一旦停止空气供应，在这些通风管中就会出现由于沉积在管内部的固体颗粒而快速地引起沉积形成和堵塞。
存在由刚性金属或塑料制成的大气泡和中等气泡式通风管，具有陶瓷的出气零件的小气泡式通风机，具有由EPDM、硅或TPU制成的经穿孔的弹性膜片的中等气泡和小气泡式通风机，该膜片被张紧并固定在刚性的支撑体上。在此，这些通风机能够以圆形或椭圆形的管、圆形的盘、较小的长形的板、或大的矩形的板的形式来设计。对这些膜片的穿孔可以在形状、大小和厚度上不同，而这些膜片的厚度在大多数情况下适配于设计和机械应力。
因为一旦停止空气供应，陶瓷的出气零件(既作为盘、板或者也作为管)可能容易被淤泥固体颗粒堵塞，或者因为细小的陶瓷细管在生物方面容易被遮盖，所以尽管氧气输入状况优良，陶瓷通风机也得到越来越少的应用。这要求必须经常对其进行化学清洁。为此，陶瓷零件必须具有一定的最小厚度，以便提供足够的抗压强度(内外压力差)和抗断裂强度，其中在气泡逸出时承受较高的压力损失。
偶尔也提供这样的通风机，该通风机由具有非常细小的槽缝形成部的刚性材料制成，并且属于小气泡式通风机。
压缩空气通风系统的经济性取决于各种因素，即尤其包括所产生的气泡的大小、空气从通风机逸出时的压力损失、气泡尺寸的均匀性以及单位面积分布。
在现代的废水净化中，主要使用小气泡式膜片通风机，因为这些小气泡式膜片通风机除了相对较好的氧气输入性能外还具有很强的防堵性。此外，开口在操作中断期间再次封闭，从而使得这些通风机也适于灵活操作。
图1以截面图示意性地示出了这样的膜片通风机，如由欧胜腾集团有限公司以
为商标所销售的膜片通风机。这个通风机1大体上由中央的气体供应件2、刚性的载体盘3和弹性的膜片4构成，该膜片与载体盘3密封地连接。膜片4配备有穿孔5，当气体在超压下从气体供应件2被引入通风机1中时，气体可以从该穿孔中逸出。在此，膜片4突出于载体盘3的安装结构，使得在载体盘3与膜片4之间产生填充有气体的空间。在此，在图1的左侧示出了在不供应气体时通风机1的状态，而在图1的右侧示出了在将气体引入通风机1中时的状态。
膜片通风机的缺点例如在于，压缩空气必须首先使穿孔(例如狭窄的槽缝)张开，以便以气泡的方式逸出。在此，以压力损失的形式失去能量。当选择更小的槽缝或针孔时，压力损失增强，以产生更小的气泡并且因此实现经改善的氧气过渡。另一方面，由于膜片的内侧与外侧之间的压力差而在平的或板状的膜片中产生膜片的隆起，位置离被固定或张紧的位置越远，则该隆起越大。这个隆起导致气泡分布不均，因为在隆起较大的部位部分地逸出更多气泡。在上升过程中还可能出现气泡的一种收缩，该收缩导致形成更多的聚结并且因此导致更大的气泡和更糟糕的氧气过渡。
本发明的目的在于，提供一种经改善的压缩空气通风机，该压缩空气通风机避免出现上述缺点并且实现好的氧气过渡。
根据本发明，针对开篇所述类型的通风元件，该目的基本上通过以下方式来实现：至少一个载体盘具有多个气体逸出开口并且至少一个膜片至少区段式地由密度比水更小的材料制成和/或配备有至少一个密度比水更小的浮体。根据本发明的通风元件尤其由气体供应件、载体盘和膜片构成。
本发明的中心思想在于，将精细穿孔的刚性板(载体盘)用作平坦的出气面，该板可以由金属或者塑料制成。在安装状态下(即在使用根据本发明的用于将气体引入液体中的通风元件时)，该载体盘朝向上方布置并且该膜片布置在该载体盘的下方。
因为该膜片或自身具有比水更小的密度和/或借助于浮体受到浮力，当没有气体经过气体供应件被引入该通风元件时，该膜片从下方贴靠该载体盘。在静止状态中(即不供应压缩空气时)，该膜片从下方密封式地贴靠被穿孔的板并且因此从下方封闭出气板(载体盘)的开口。这能够防止水和/或污物颗粒进入膜片与载体盘之间的间隙中。该膜片的浮力以及在非常小的程度上下方的水压略微高于刚性板的上侧的水压都有助于此。在供应压缩空气时，柔性的膜片向下受其浮力挤压，由此创造膨胀的间隙，该间隙可以实现使压缩空气到达在刚性的出气板的所有被穿孔的开口并且经过这些开口进入水中。
用于如此构造的通风元件的空气供应件可以被设计成使其在静止状态中另外由膜片封闭，并且以此防止水和污物颗粒(即使在通风元件中存在不密封性的情况下)进入空气分配系统。
优选地，该至少一个载体盘和该至少一个膜片被设计为在无载荷的状态中至少局部叠置的、例如正圆形的盘，这些盘在其外边缘处彼此密封地连接。通过这种连接，可以在该载体盘与该膜片之间形成气体密封的空间，该空间在气体供应时膨胀以实现气体逸出开口的均匀供应，并且在没有气体供应的情况下占据最小的体积。该最小的体积可以小到使得该膜片平放在该载体盘上，而在膜片与载体盘之间不存在明显的气体夹杂物。
该至少一个载体盘与该至少一个膜片在其外边缘处例如借助于夹紧元件和/或拧接件互相连接。这种夹紧元件可以是例如环绕的套环，该套环使该膜片与该载体盘保持彼此压靠。为此，例如该膜片和/或该载体盘可以配备有凸缘，该凸缘接合入该夹紧元件的对应凹陷中。反之，该夹紧元件的凸缘也可以接合入该膜片或该载体盘的凹陷中。替代于此或此外，该至少一个载体盘与该至少一个膜片在其外边缘处借助于粘合剂和/或焊料彼此连接。
优选地，该至少一个载体盘由比膜片更硬的材料、尤其由金属或塑料制成。尤其金属材料(例如不锈钢)以及还有具有高的强度的塑料具有下述优点：已在壁厚度非常薄的情况下作为元件具有足够的机械稳定性、以及足以抵抗出气板(载体盘)的上方与下方之间的压力差的抵抗力。因此可能是的，通过有针对性地选择较薄的壁厚度可以实现在空气泡逸出时使压力损失进一步被最小化。
与目前常用的膜片通风元件相比，根据本发明形成的通风元件还具有以下优点：刚性出气面(载体盘)的材料表面可以被特殊处理，例如被涂覆或处理成使空气泡更容易被消除，或者具有更好的抵抗细菌繁殖、污染和沉积的能力，而在软的、柔性的膜片的情况下很难实现这些措施。对于由塑料制成的出气面，可以在已经选择材料混合物的情况下将成分选择为使得将上述的所期望的特性考虑在内。因此，可以实现氧气输入的进一步改善并且提高耐用性。尤其，该至少一个载体盘配备有涂层和/或饰层，该涂层和/或饰层易于消除气泡和/或抵抗细菌繁殖、污染和/或沉积。
优选地，该至少一个膜片为软的、柔性的塑料膜片，该塑料膜片由防水的且气密的材料制成。根据本发明的实施方式，该至少一个膜片不装配有气体逸出开口。
该至少一个膜片的特别有利的结构提出：这个膜片至少区段式地具有多层式结构，其中在该至少一个膜片的两个层之间包含空气泡和/或密度比水更小的浮体。替代性地或附加地，该至少一个膜片可以在其与该至少一个载体盘相背的侧面上与至少一个密度比水更小的浮体连接和/或具有开放的或闭合的气体垫。这些措施使得例如明显比水更轻的膜片在其中漂浮。优选地，该膜片的厚度被设为使得形成足够的浮力。因此，该防水的膜片例如可以包围空气泡或轻质的泡沫材料颗粒并且由此可以产生足够的浮力。能够漂浮的膜片被固定在刚性出气板的下方并且在边缘处与该出气板彼此密封地连接和固定。换言之，浮体部分或空气垫能够从下方粘贴到膜片上、被包围在膜片中，或者该膜片能够至少部分地完全由这种轻质的且有浮力的材料制成。对于带有浮体的膜片来说，可以通过单独的、位于下方的浮体来提供浮力，而该浮体不与位于其上方的膜片连接成一个单元。
根据本发明构造的通风元件可以采用各种几何形状，例如圆盘、具有一个或多个的空气供应接口的大的矩形板、细长的或长形的板。在适合的位置(例如在圆的出气板的中部)布置开口并将其连接至压缩空气分配系统，以便在刚性的、穿孔的板与柔性的、不透气的膜片之间供应压缩空气。
上述构造具有如下优点：存在用于空气逸出和形成气泡的已打开的开口并且不再必须通过使用能量来打开开口。同时，还可以选择较小的开口大小或开口尺寸，而不必担心在适当加载的情况下，在空气逸出时压力损失可能会过度增加。由此还开辟了这种可能性：在开口尺寸较小且开口密度明显较高的情况下产生较小的均匀气泡并且因此实现提高氧气产量。
利用根据本发明构造的通风元件还可以这样来选择如工艺技术上所需的穿孔的密度，使得例如具有较高密度的较小的穿孔用于更好的氧气输送效率或者具有较小密度的较大的穿孔用于更好的混合效率。
本发明的改进方案、优点和应用可能性还从以下对一个实施例和附图的说明中得出。在此，所有描述的和/或图中显示的特征自身或以任意组合构成本发明的主题，而不依赖于在权利要求或其引用内容的概述。图中示意性地示出：
图1示出根据现有技术的通风元件的截面，
图2示出根据本发明的通风元件处于无载荷状态中的截面，
图3示出根据图2的通风元件处于施加压力的状态中的截面，
图4示出根据图2和图3的通风元件的局部剖视俯视图，
图5以截面图示出根据图2和图3的通风元件的细节，
图6以截面图示出替代性的通风元件的细节，并且
图7示出根据另一实施方式的根据本发明的通风元件的截面。
在图2至图5的实施例中所示出的通风元件11具有中央的气体接口12，处于压力下的空气可以经过该气体接口被引入至通风元件11中。通风元件11大体上是由载体盘13和被固定在该载体盘上的膜片14形成的。在所示的实施方式中，载体盘13是由刚性材料(例如不锈钢或塑料)制成的扁平的圆盘。载体盘13设置有多个气体逸出开口15，空气可以经过这些气体逸出开口从通风元件11中逸出。
在所示的实施方式中，膜片14也设计为圆盘，其借助于夹紧元件16以其外边缘被固定在载体盘13上。如从图5的细节视图中可以看出：膜片14为此可以在其外边缘上设置有凸缘，该凸缘接合在夹紧元件16的对应的凹陷中。膜片14具有中央开口，借助该中央开口该膜片密封地贴靠气体接口12或者可以通过拧接而连接。
在所示实施方式中，气体接口12设置有帽状的中央空气分配器17，该中央空气分配器例如密封地与载体盘13相连接。通过在载体盘13上的穿通开口19，空气可以从气体接口12进入载体盘13与膜片14之间的间隙中。由此，膜片14从其在图2中所示的、平放在载体盘13上的状态转变为在图3中所示的状态，在该状态中，膜片14突出于载体盘13。在此可以看出，在图2的状态中，膜片14封闭载体盘13中的气体逸出开口15，而在图3中气体逸出开口15未被膜片14覆盖。
在膜片14的在图2和图3中的下侧布置有浮体18，该浮体例如与膜片14相连接。替代于此，浮体18能够仅贴靠膜片14或者被集成在膜片14中。尤其，膜片14本身也可以由密度低于水的材料制成。由此，当通风元件11浸没在液体或者淤泥中时，膜片14压靠载体盘13。因此，载体盘13的气体逸出开口15特别有效地被膜片14封闭。
在图4的俯视图中，中央空气分配器17以截面的形式被示出，使得气体接口12能够作为中央开口被识别出。在所示实例中还示出了四个穿通开口19，来自气体接口12的压缩空气可以经过这些穿通开口藉由中央空气分配器17进入载体盘13与膜片14之间的间隙中。
在图6中示出了将膜片14固定在根据图5的载体盘13上的替代方案。在根据图6的实施例中，当膜片14借助于粘合层20与载体板13粘合或者焊接时，可以省去单独的夹紧元件。为此，膜片14可以如图6所示地被引导直到安装状态下载体板13的上侧并且在那里与该载体板相连接。
在图7中示出了通风元件的另一实施方式。在此，浮体被设计为四周封闭的气体垫或空气垫21，该气体垫或空气垫被设置在膜片14的下侧(在所示的安装状态下)。这个气体垫21可以藉由另一个未示出的膜片向下闭合或者(如图7所示)向下开放。为了避免气体侧向逃逸，提供有例如环绕的边界壁22，该边界壁在所示实例中从夹紧元件16向下延伸。然而，这样的边界壁22也可以直接布置在膜片14或载体板13上。
在封闭的气体垫21的首先提到的替代方案中，例如可以简单地将第二膜片(未示出)布置在下方，该第二膜片例如可以装配有气门并且在安装时用空气填充。替代性地，简单地仅藉由边界壁22提供了周壁，该周壁在操作期间例如经由膜片14中的小槽缝或类似的开口23向下或经过气门以非常小的剂量用空气来填充。在图7中在很大程度上放大地示出了开口23以显示其功能。实际上该开口是非常小的。在操作停止时，这个气体垫21然后提供必要的浮力并且藉由膜片14封闭载体盘13的开口15。
附图标记清单：
1 通风元件
2 气体接口
3 载体板
4 膜片
5 气体逸出开口
11 通风元件
12 气体接口
13 载体板
14 膜片
15 气体逸出开口
16 夹紧元件
17 中央空气分配器
18 浮体
19 穿通开口
20 粘合剂
21 气体垫
22 边界壁
23 开口。
Claims (10)
1.一种用于将气体引入液体中的通风元件，该通风元件具有：至少一个气体接口(12)、至少一个载体盘(13)以及至少一个弹性地可变形的膜片(14)，该膜片与该至少一个气体接口(12)和/或该至少一个载体盘(13)连接，其中能够在该至少一个膜片(14)与该至少一个载体盘(13)之间形成的空间与该气体接口(12)处于流体连接，其中，该至少一个载体盘(13)具有多个气体逸出开口(15)并且该至少一个膜片(14)至少区段式地由密度比水更小的材料制成或者配备有至少一个浮体(18)，该浮体所具有的密度比水更小，其特征在于，该至少一个膜片(14)至少区段式地具有多层式结构，其中在该至少一个膜片(14)的两个层之间包含密度比水更小的浮体(18)，并且在该至少一个膜片(14)的两个层之间包含空气泡，其中，在安装状态下，即在使用该用于将气体引入液体中的通风元件的状态下，该载体盘(13)朝向上方布置并且该膜片(14)布置在该载体盘(13)的下方，并且其中，该至少一个载体盘(13)和该至少一个膜片(14)被设计为在无载荷的状态中至少局部叠置的盘，这些盘在其外边缘处彼此密封地连接。
2.根据权利要求1所述的通风元件，其特征在于，该至少一个载体盘(13)与该至少一个膜片(14)在其外边缘处借助于夹紧元件(16)彼此连接。
3.根据权利要求1所述的通风元件，其特征在于，该至少一个载体盘(13)与该至少一个膜片(14)在其外边缘处借助于粘合剂(20)和/或焊料彼此连接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的通风元件，其特征在于，该至少一个载体盘(13)由比该至少一个膜片(14)更硬的材料制成。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的通风元件，其特征在于，该至少一个载体盘(13)配备有涂层和/或饰层，该涂层和/或饰层易于消除气泡。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的通风元件，其特征在于，该至少一个载体盘(13)配备有涂层和/或饰层，该涂层和/或饰层抵抗细菌繁殖、污染和/或沉积。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的通风元件，其特征在于，该至少一个膜片(14)为软的、柔性的塑料膜片，该塑料膜片由防水的且气密的材料制成。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的通风元件，其特征在于，该至少一个膜片(14)在其与该至少一个载体盘(13)相背的侧面上与至少一个密度比水更小的浮体(18)连接和/或具有开放的或闭合的气体垫(21)。
9.根据权利要求1所述的通风元件，其特征在于，这些盘是正圆形的盘。
10.根据权利要求4所述的通风元件，其特征在于，该至少一个载体盘(13)由金属或塑料制成。
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