EA011902B1 - Осушитель для сжатого воздуха и других газообразных сред - Google Patents

Abstract

В изобретении описан вертикально расположенный осушитель (10) для сжатого воздуха, в состав которого входит осушительный патрон (22), вместе с корпусом (16, 18, 20) ограничивающий входную концевую полость (92) и выходную концевую полость (72). В патроне между двумя наконечниками проходит множество полых мембранных волокон (30), материал стенок которых пропускает водяной пар лучше воздуха. Между выходной концевой полостью (72) и выходом (74) осушителя предусмотрен выпускной клапан (90), который открывается только в том случае, когда давление в выходной концевой полости (72) достигнет значения, достаточного для получения продувочного воздуха. Продувочный воздух подается к наружной стороне мембранных волокон (30) через дроссель (70).

Description

Настоящее изобретение относится к осушителю для сжатого воздуха и других газообразных сред согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Осушенный сжатый воздух применяется, в частности, в медицинских и стоматологических целях. Поэтому в соответствующих компрессорных установках находят применение осушители, удаляющие влагу из сжатого воздуха, получаемого на выходе из компрессора.

При этом известны также осушители, в которых из сжатого воздуха удаляют воду с использованием мембран, пропускающих только водяной пар. Однако такие осушители, действующие по принципу мембранного фильтра, удовлетворительно работают только в непрерывном режиме. Воздух, содержащий значительное количество пара, проходит через мембранное полое волокно, при этом содержащийся в воздухе пар проходит через стенки волокон.

Этот удаленный водяной пар выносится из корпуса осушителя отдельным потоком осушенного воздуха, отбираемым и отводимым через дросселирующий элемент от потока воздуха, полученного на выходе осушителя.

На стадии пуска осушителя в него поступает воздух со значительным содержанием влаги, однако, при этом отсутствует достаточное количество продувочного воздуха, поскольку в системе сначала должно быть создано требуемое давление. Из-за этого водяной пар с наружной стороны мембранных волокон отводится недостаточно интенсивно. Поэтому на стадии пуска системы в баллон сжатого воздуха или ресивер подается воздух с высоким содержанием водяного пара (высокой точки росы).

Однако воздушные компрессоры, применяемые в медицине и стоматологии, как раз используются весьма нерегулярно и поэтому часто включаются и выключаются, что усугубляет указанные выше недостатки.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача усовершенствования осушителя, охарактеризованного в ограничительной части п.1 формулы изобретения, таким образом, чтобы и на стадии пуска получить более эффективное отделение водяного пара.

Указанная задача решается согласно изобретению в конструкции осушителя, охарактеризованной совокупностью существенных признаков п.1 формулы изобретения.

В предлагаемом в изобретении осушителе на стадии пуска выходная (т. е. расположенная со стороны выхода для осушенного воздуха) концевая полость корпуса, баллон сжатого воздуха (ресивер) и ведущие к ним трубопроводы не сообщаются вообще или сообщаются лишь в ограниченной степени. Это позволяет достичь весьма быстрого нарастания давления в осушителе, а значит быстро получить необходимый продувочный воздух и тем самым автоматически обеспечить быстрый выход самого осушителя на заданные рабочие параметры.

После того как осушитель выйдет на установившийся режим работы, можно полностью или постепенно восстановить его сообщение с баллоном сжатого воздуха.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Вариант по п.2 формулы изобретения позволяет устанавливать сообщение между осушителем и баллоном сжатого воздуха постепенно. Тем самым, с одной стороны, обеспечивается быстрое пополнение запаса сжатого воздуха в баллоне, а с другой стороны - предотвращается слишком сильное понижение давления в осушителе, следствием чего могли бы стать указанные выше недостатки.

При этом проходное сечение выпускного дросселя можно регулировать согласно п.3 формулы изобретения предпочтительно в зависимости от давления в выходной концевой полости. Равным образом управление дросселем возможно по времени (на временной основе) или в зависимости от содержания влаги в продувочном воздухе на выходе для продувочного воздуха. Эти разные принципы регулирования можно применять в сочетании друг с другом.

В другом варианте выполнения осушителя, представленном в п.4 формулы изобретения, можно очень простыми средствами гарантировать, что давление в выходной концевой полости не опустится ниже заданного значения.

Если выпускной клапан выполнить согласно п.5 формулы изобретения, он будет обладать особенно простой геометрией. В таком клапане поверхности, нагруженные давлением со стороны входа, и поверхность регулирующего элемента, нагруженная давлением со стороны выхода, могут быть расположены с одной и той же стороны (регулирующего элемента), благодаря чему регулирующий элемент в открытом положении запирается давлением регулируемой среды. Такое решение обеспечивает большое проходное сечение выпускного клапана на установившемся режиме работы.

Согласно вариантам выполнения осушителя, представленным в п.5 и 6 формулы изобретения, преимущество выпускного клапана состоит в его простой и надежной с точки зрения механики конструкции.

Вариант выполнения осушителя по п.8 также гарантирует, что давление в выходной концевой полости осушителя не опустится ниже минимального значения. В осушителе, выполненном по п.8 формулы изобретения, также обеспечена возможность простым путем изменять точку переключения выпускного клапана путем перенастройки электронного задатчика опорных значений. Таким образом, без механического вмешательства можно настраивать осушитель для работы в конкретных условиях, к которым

- 1 011902 относятся, например, различная влажность всасываемого воздуха, применение различных мембранных волокон, различные требования, предъявляемые к степени осушки воздуха и т.п.

Кроме того, вариант выполнения осушителя по п.8 формулы изобретения позволяет постепенно освобождать путь движения потока между осушителем и баллоном сжатого воздуха, используя электромагнитный клапан в импульсном режиме и регулируя отношение между временем его нахождения в открытом и закрытом состояниях, что опять же выполнимо простым путем с использованием известных электронных средств и без механического вмешательства в работу осушителя.

Скважность импульсов включения и выключения клапана можно также регулировать в зависимости от давления в выходной концевой полости, по времени или в зависимости от содержания влаги в выходящем продувочном воздухе. Эти различные принципы регулирования можно также использовать в сочетании друг с другом.

В случае высокого содержания влаги в воздухе, возможно выделение из воздуха жидких компонентов в виде мелких капелек или аэрозолей сразу после прохождения воздуха через охладитель, подключенный за выходом компрессора по потоку. Мембранные волокна обычно имеют на своей внутренней поверхности особое покрытие, избирательно пропускающее молекулы воды. Подобные покрытия по своей природе являются водорастворимыми. Контакт с капельками воды или аэрозолем может вызвать нарушение такого покрытия, что приводит к выходу осушителя из строя.

В соответствии с еще одним вариантом выполнения осушителя, представленным в п.9 формулы изобретения, гарантируется надежное и простое отделение уже конденсировавшихся жидких компонентов, содержащихся в поступающем сжатом воздухе, от подаваемого в осушитель воздуха.

При этом в варианте по п.10 формулы изобретения собственно осушитель и циклон образуют компактный блок, преимущество которого состоит в том, что для него требуется мало места для установки и исключаются сборочные работы на месте установки. Осушитель, водоотделитель и теплообменник расположены вертикально. Тем самым исключается накопление жидкости перед мембранным узлом. В случае образования капелек конденсата, они под действием силы тяжести стекают вниз в сборник.

Вариант выполнения осушителя по п.11 выгоден с той точки зрения, что вода, отделенная от воздуха в циклоне, собирается в более крупные капли, которые гарантированно стекают в сборник циклона и повторно не увлекаются движущимся через циклон воздухом.

В варианте выполнения осушителя по п.12 формулы изобретения обеспечивается преимущество, состоящее в простоте установки сточного элемента.

Преимущество варианта, представленного в п.13 формулы изобретения, состоит в том, что указанный в нем вид соединения между сточным элементом и окружной стенкой циклона отличается простотой благодаря использованию деталей, изготовленных методом литья под давлением.

В варианте выполнения осушителя по п.14 формулы изобретения можно обеспечивать дополнительно улучшенное предварительное отделение мелких конденсированных жидких компонентов, содержащихся в сжатом воздухе, поскольку они улавливаются задерживающим жидкость (обратным) фильтром.

При этом в указанных целях особенно хорошо зарекомендовали себя материалы, используемые в задерживающем жидкость фильтре и указанные в п.15 формулы изобретения.

В варианте выполнения осушителя по п.16 формулы изобретения обеспечивается контролируемый направленный сток в сборник циклона капель жидкости, образовавшихся из жидких компонентов, собирающихся на задерживающем жидкость фильтре.

Конструктивное мероприятие, указанное в п.17 формулы изобретения, также направлено на то, чтобы исключить наличие каплевидных и аэрозольных компонентов в сжатом воздухе, поступающем в мембранные волокна. Теплообменник, расположенный во входной (т. е. расположенной со стороны входа для осушаемого воздуха) концевой полости, превращает эти компоненты в пар.

Благодаря представленной в п.18 формулы изобретения конструкции теплообменника обеспечивается особо интенсивный контакт со сжатым воздухом, подаваемым в мембранные волокна.

Преимущество представленного в п.19 варианта выполнения осушителя также состоит в обеспечении хорошей теплопередачи сжатым воздухом, нагнетаемым в мембранные волокна.

Теплообменник, охарактеризованный в п.19 формулы изобретения, отличается компактностью и большой поверхностью теплообмена.

Преимущество представленного в п.20 варианта выполнения осушителя также состоит в обеспечении хорошего теплообмена со сжатым воздухом, нагнетаемым в мембранные волокна.

Преимущество представленной в п.21 формулы изобретения конструкции корпуса осушителя состоит в простоте технического обслуживания и замены элементов конструкции, участвующих в осушении воздуха.

При этом в варианте по п.22 формулы изобретения простым путем обеспечиваются надежное крепление нежестких мембранных волокон в патроне и получение необходимых герметичных стенок при обеих концевых полостях.

В соответствии с п.23 формулы изобретения корпус патрона, придающий мембранным волокнам устойчивость, можно одновременно использовать в качестве элемента, ограничивающего камеру проду

- 2 011902 вочного воздуха, окружающую мембранные волокна и продуваемую продувочным воздухом.

Преимущество варианта выполнения осушителя, представленного в п.24 формулы изобретения, состоит в простоте установки уплотнений, уплотняющих патронный узел относительно корпуса.

Преимущество варианта выполнения осушителя, представленного в п.25 формулы изобретения, состоит, во-первых, в соосном выравнивании секций средней основной корпусной части относительно друг друга. Кроме того, облегчается установка уплотнительных колец между патронным узлом и корпусом.

В варианте выполнения осушителя по п.26 формулы изобретения одно из мест соединения секций корпуса патрона может одновременно представлять собой кольцевую прорезь для выхода продувочного воздуха. Таким образом, очень простыми механическими средствами достигается равномерное распределение потока продувочного воздуха в пучке мембранных волокон.

Согласно п.27 формулы изобретения соединительные кольца, предусмотренные для секций средней основной корпусной части, могут одновременно служить опорными кольцами для уплотнительных колец, обеспечивающих уплотнение патронного узла относительно корпуса осушителя.

В соответствии с п.28 соединение между имеющимся у патронного узла входом для продувочного воздуха и дросселем, сообщающимся с выходной концевой полостью, обеспечивается простыми средствами. Это соединение устанавливается автоматически при сборке корпуса осушителя из его основных частей.

В варианте выполнения осушителя по п.29 формулы изобретения также обеспечивается хорошее равномерное распределение продувочного воздуха. Таким путем обеспечиваются более эффективное использование продувочного воздуха и более высокий выход полезного осушенного воздуха.

Преимущество варианта выполнения осушителя по п.30 формулы изобретения состоит в рациональном направлении движения воздуха и хорошем стекании капель, образующихся в коалесцентном фильтре.

Осушитель, выполненный по п.31 формулы изобретения, исключает всякое завихрение воздуха внутри коалесцентного фильтра. Таким образом, содержащаяся в воздухе влага, в том числе мелкие капельки, если таковые имеются, может проходить через фильтрующий материал, собирается с наружной стороны коалесцентного фильтра в виде более крупных капель и оттуда направляется в сборник.

Вариант выполнения осушителя по п.32 формулы изобретения гарантирует, что увлеченные воздухом капельки за коалесцентным фильтром отделяются от медленно движущегося потока воздуха под действием силы тяжести и также стекают в указанный выше сборник.

Согласно варианту выполнения осушителя по п.33 можно простым путем визуально контролировать работу осушителя.

При этом согласно п.34 обеспечена возможность особенно четкого контроля пластинки, указывающей на уровень влажности воздуха.

Ниже изобретение более подробно описано на примере вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано на фиг. 1 - продольный разрез осушителя сжатого воздуха, встроенного в компрессорную установку, используемую в стоматологической практике, на фиг. 2 - еще один продольный разрез осушителя, показанного на фиг. 1, плоскостью, перпендикулярной плоскости чертежа на фиг. 1, на фиг. 3 - вид нижнего наконечника показанного на фиг. 1 осушителя в увеличенном масштабе, на фиг. 4 - вид верхнего наконечника показанного на фиг. 1 осушителя в увеличенном масштабе, на фиг. 5 и 6 - виды, аналогичные виду на фиг. 4, на которых показаны варианты управления соединением между осушителем и последовательно подключенным к нему баллоном сжатого воздуха, на фиг. 7 и 8 - виды модифицированного осушителя, аналогичные виду на фиг. 1, на фиг. 9 - вид верхнего наконечника показанного на фиг. 7 и 8 осушителя в увеличенном масштабе, на фиг. 10 - вид верхнего наконечника в другом варианте выполнения, аналогичный виду на фиг. 9, на фиг. 11 - вид нижнего наконечника показанного на фиг. 7 и 8 осушителя в увеличенном масштабе, на фиг. 12 - вид, аналогичный виду на фиг. 7, но иллюстрирующий другой вариант выполнения осушителя, в котором коалесцентный фильтр выполнен проточным снаружи внутрь, и на фиг. 13 - вид, аналогичный виду на фиг. 12, но иллюстрирующий другой вариант выполнения осушителя, в котором предусмотрен приток воздуха в коалесцентный фильтр осесимметричным потоком.

На фиг. 1-4 показан осушитель, обозначенный в целом позицией 10, получающий воздух от компрессора 12 и отдающий сжатый воздух, практически лишенный влаги, в баллон 14 сжатого воздуха.

В состав осушителя 10 входит цилиндрическая корпусная часть 16, торцы которой закрыты нижним наконечником 18 и верхним наконечником 20. Внутри корпусной части 16 осушителя расположен осушительный патрон, обозначенный в целом позицией 22 и входящий своими концами в наконечники 18 и 20.

В свою очередь, этот патрон содержит цилиндрическую патронную втулку 24, закрытую с торцов крепежными пластинами 26, 28. В крепежные пластины 26 и 28 заделаны концы множества полых мембранных волокон 30 таким образом, что концы мембранных волокон остаются открытыми.

На практике мембранные волокна могут быть изготовлены из полиэфирсульфона (ПЭС) или полиэфиримида (ПЭИ). Диаметр мембранных волокон может составлять от 100 до 3000 мкм, а толщина стен- 3 011902 ки - от 20 до 1000 мкм.

Для придания материалу стенок мембранных волокон 30 высокой удельной проницаемости для водяного пара внутренняя поверхность этих стенок имеет покрытие, которое по своей природе является сильно гидрофильным. Однако это же делает его водорастворимым.

Осушительный патрон 22 изготавливают, например, собирая мембранные волокна 30 в соответствующий пучок и получения крепежных пластин 26 и 28, для чего два участка, отстоящих на определенном расстоянии от концов к середине пучка мембранных волокон, пропитывают смолой. После этого мембранные волокна 30 обрезают у концов крепежных пластин 26 и 28, благодаря чему полости мембранных волокон остаются свободно доступными.

Каждый из наконечников 18 и 20 имеет цилиндрический фартук соответственно 32 и 34, подогнанный к цилиндрической корпусной части 16.

В местах стыка между фартуком 32 и цилиндрической корпусной частью 16 и между двумя секциями 60 и 62 корпусной части 16 предусмотрены соединительные кольца 36, 38. Они имеют, как показано, в частности, на фиг. 3 и 4, Т-образное поперечное сечение и своим расположенным посредине и выступающим наружу фланцем 42, 44 входят между противоположными торцами фартука 32 и корпусной части 16, а также между секциями 60, 62 корпусной части.

Как показано на чертежах, патронная втулка 24 имеет диаметр, меньший диаметра корпусной части 16, благодаря чему образуется кольцевая полость 46.

Как показано на фиг. 3, соединительное кольцо 36 имеет пазы 48, открытые наружу и распределенные по окружности. Таким путем создают нижний щелевой выход из кольцевой полости 46.

Кольцевая полость 46 сообщается с внутренним пространством патронной втулки 24 через четыре отверстия 50, выполненных в нижней части патронной втулки 24 и равномерно распределенных по окружности. Аналогичным образом в верхней части патронной втулки 24 предусмотрено четыре отверстия 52, равномерно распределенных по окружности.

Осушительный патрон 22 крепится в корпусе, образованном наконечниками 18, 20 и корпусной частью 16 с применением трех уплотнительных колец. Нижнее уплотнительное кольцо 54 уплотняет фартук 32 наконечника 18 относительно нижнего конца патронной втулки 24.

Верхнее уплотнительное кольцо 56 аналогичным образом уплотняет верхний конец патронной втулки 24 относительно верхнего наконечника 20. Как показано на чертеже, уплотнительные кольца 54, 56 располагаются в осевом направлении с противоположных сторон от отверстий 50 и 52.

Ниже отверстий 52 предусмотрено дополнительное уплотнительное кольцо 58, которое опять же уплотняет наружную поверхность патронной втулки 24 относительно корпусной части 16.

Для обеспечения установки этого уплотнительного кольца патронная втулка 24 имеет небольшой разрез под уплотнительным кольцом 58, при этом в месте стыка верхней концевой секции 60 и основной секции 62 корпусной части 16 расположено верхнее соединительное кольцо 38.

Участок кольцевой полости 46, расположенный в осевом направлении между уплотнительными кольцами 56 и 58 и сообщающийся с отверстиями 52, сообщается через канал 64 и сквозные отверстия в корпусе и в верхнем наконечнике 20, не обозначенные на чертеже, с центральным отверстием 66 соплового винта 68. Этот винт имеет обозначенное позицией 70 дроссельное отверстие, сообщающееся с верхней концевой полостью 72 в верхнем наконечнике 20. Концевая полость 72 ограничена наконечником 20 и верхней крепежной пластиной 28.

Кроме того, в верхнем наконечнике 20 предусмотрен изогнутый углом выходной канал 74, который имеет проходящий вертикально вверх штуцер 76.

Штуцер 76 своим верхним торцом образует седло клапана, взаимодействующее с клапанной мембраной 78. Эта мембрана имеет круглую форму и расположена соосно штуцеру 76.

Клапанная мембрана 78 зажата между верхней поверхностью наконечника 20 и корпусом 80 клапана, соединенным с наконечником 20 винтами, которые на чертежах подробно не показаны.

Корпус 80 клапана имеет камеру 84, в которой расположена винтовая пружина 86 и которая сообщается с атмосферой через вентиляционное отверстие 82. Ее нижний конец входит в предназначенное для нее скругленное седло 88, прилегающее к верхней поверхности клапанной мембраны 78.

Жесткость винтовой пружины 86 подобрана таким образом, чтобы выпускной клапан 90 осушителя, в состав которого входят описанные выше компоненты 78-88, открывался под давлением, при котором гарантируется подача через дроссельное отверстие 70 достаточного количества продувочного воздуха в верхние отверстия 52 патронной втулки 24. Продувочный воздух проходит внутри патронной втулки 24 между мембранными волокнами 30 вниз, выходит из патронной втулки 24 внизу через отверстия 50 и выходит из корпуса осушителя через кольцевой щелевой выход у нижнего соединительного кольца 36.

Нижняя крепежная пластина 26 осушительного патрона 22 вместе с нижним наконечником 18 ограничивает нижнюю концевую полость 92. Эта полость имеет большую осевую протяженность по сравнению с протяженностью верхней концевой полости 72 и рассчитана на размещение в ней поперечного теплообменника 94, пересекающего ось концевой полости. В состав теплообменника 94 входит центральная горизонтальная труба 96, на которой расположены поперечные, ориентированные по вертикали ребра 98 теплообменника.

- 4 011902

В рассматриваемом варианте выполнения осушителя теплообменник 94 выполнен за одно целое с нижним наконечником 18. Вместе с тем, теплообменник 94 может также представлять собой отдельный металлический узел из металла, обладающего особенно высокой теплопроводностью.

С нижней стороны нижнего наконечника 18 (см. в частности фиг. 3) расположен циклон, обозначенный в целом позицией 100.

Циклон имеет, по существу, чашеобразный корпус 102, входящий своим верхним концом в соответствующий свисающий фартук 104 наконечника 18 и уплотненный относительно фартука уплотнением 106.

В корпус 102 вставлена деталь 108 циклона. Она имеет проходящую в окружном направлении стенку 110 циклона и верхнюю замыкающую стенку 112, выполненную в виде плоской оболочки, имеющей форму усеченного конуса.

Ось стенки 110 циклона расположена со смещением в сторону от оси осушителя, как это показано на чертежах. Расстояние между этими осями обозначено на фиг. 3 буквой ά.

В нижней части детали 108 циклона выполнен изогнутый углом входной канал 154, сообщающийся с входным штуцером 114 детали 108 циклона. Определяемый входным штуцером 114 входной канал циклона проходит в окружном направлении в горизонтальной плоскости в верхней части и входит внутрь по касательной к внутренней поверхности стенки 110 циклона.

От замыкающей стенки 112 детали 108 циклона отходит вниз цилиндрическая разделительная стенка 116, ограничивающая выходной канал 118 детали 108 циклона.

На нижнем конце стенки 110 циклона предусмотрено несколько распределенных по окружности упругих крепежных лапок 120, нижние концы которых имеют обращенные к центру крепежные выступы 122.

Крепежные лапки 120 взаимодействуют с краем дискового сточного элемента 124, который, если смотреть сверху, выполнен выпуклым. Сточный элемент 124 имеет на своем краю выступающие зубчики 126, которыми он входит в углубления или отверстия, расположенные между крепежными лапками 120. Благодаря этому сточный элемент 124 имеет возможность осевого перемещения, но с фиксацией от поворота посредством нижнего края стенки 110 циклона. Крепление сточного элемента 124 к детали 108 циклона может быть обеспечено простым защелкивающимся замком.

В крайней снизу корпусной части 102 циклона предусмотрен сборник 128 для отделенных от сжатого воздуха жидкостей. Этот сборник сообщается через выполненный в форме цапфы спускной клапан 130 с выходным штуцером 132. Спускной клапан 130 имеет центральный канал, выходное отверстие которого располагается в торце спускного клапана 130, имеющем уменьшенный диаметр.

Эта зона выходного отверстия образует седло клапана, с которым взаимодействует шайба 134 клапана. Эта шайба опирается на поплавок 136, расположенный на направляющем участке 138 спускного клапана 130, имеющем меньший диаметр, с возможностью осевого перемещения.

В верхней концевой части корпуса 102 циклона выполнена камера 140 фильтра, в которой расположен задерживающий (обратный) фильтр 142 для отфильтровывания мельчайших капелек жидкости и аэрозоля. Фильтрующий материал задерживающего фильтра 142 представляет собой гидрофобный нетканый материал или гидрофобный спеченный материал.

Жидкие компоненты, удерживаемые в задерживающем фильтре 142, стекают в виде капель из задерживающего фильтра 142 вниз и на образованный замыкающей стенкой 112 поддон. С поддона капли попадают через предусмотренное в дне поддона сливное отверстие 144 в кольцевую полость, находящуюся между наружной поверхностью детали 108 циклона и внутренней стенкой корпуса 102 циклона. Из кольцевой полости жидкость каплями стекает по наклонной поверхности 146 в сборник 128. Как показано на чертеже, входное отверстие 148 установленного осушителя, связанное с теплообменником 94, сообщается с выходом компрессора 12.

Промежуточный выход 150 осушителя, сообщающийся с выходом теплообменника 94, сообщается со входом пластинчатого радиатора 152. Его выход сообщается с входным каналом 154 циклона 100.

Описанный выше осушитель работает следующим образом.

При отключенном компрессоре 12 баллон 14 сжатого воздуха сначала не сообщается с внутренним пространством осушителя 10, поскольку во внутреннем пространстве осушителя 10 отсутствует давление, и в этих условиях усилие винтовой пружины 86 оказывается достаточным для удержания клапанной мембраны 78 прочно прижатой к верхней поверхности штуцера 76.

При повторном включении компрессора 12 в осушителе сначала повышается давление. При нарастании давления в верхнем наконечнике 20 через дроссельное отверстие 70 и через внутренний объем патронной втулки 24 уже начинает проходить продувочный воздух. Этот продувочный воздух захватывает влагу, находящуюся в пространстве между мембранными волокнами 30.

Если давление в верхней концевой полости 72 достигнет такого значения, при котором суммарное усилие со стороны клапанной мембраны 78 превысит усилие винтовой пружины 86, то между верхней концевой полостью 72 и баллоном сжатого воздуха открывается проход для потока воздуха. С этого момента времени осушенный воздух начинает поступать из осушителя 10 в баллон 14 сжатого воздуха. При прохождении содержащего влагу воздуха через мембранные волокна 30 значительная доля паров воды проходит через стенки волокон, благодаря чему воздух, направляемый в баллон, характеризуется низким содержанием воды, т.е. в значительной мере осушен.

- 5 011902

От осушенного воздуха, поступающего в верхнюю концевую полость 72, через дроссельное отверстие 70 отбирается заданная доля воздуха, который используется для выдувания из патронной втулки 24 и из осушителя водяного пара, прошедшего через стенки мембранных волокон 30, как это описано выше.

Подаваемый компрессором 12 сжатый воздух является горячим (его температура превышает 100°С) и отдает часть своей теплоты при прохождении через теплообменник 94 сжатому воздуху, проходящему через нижнюю концевую полость 92. Возможные остаточные конденсированные количества жидкости, присутствующие за циклоном 100 и за задерживающим жидкость фильтром 142, например, в сжатом воздухе, превращаются в пар подведенным теплом. Тем самым исключается попадание конденсировавшихся количеств жидкости в мембранные волокна 30, в которых жидкость могла бы повредить их покрытие.

Воздух, выходящий из теплообменника 94, охлаждается в пластинчатом радиаторе 152. Образующиеся при этом капельки отделяются в циклоне 100. Мельчайшие капельки и аэрозольные компоненты, которые еще могут присутствовать в воздухе, улавливаются задерживающим жидкость фильтром 142. Таким образом, воздух, поступающий снизу в мембранное волокно 30, уже прошел хорошее предварительное осушение.

Жидкость, улавливаемая задерживающим фильтром 142 и циклоном 100, поступает в сборник 128 и через определенные промежутки времени автоматически порциями выпускается шайбой 134 клапана, приводимой в действие поплавком.

В альтернативном варианте от поплавка 136 может срабатывать контакт, посредством которого осуществляется управление электромагнитным или пневматическим клапаном.

В варианте, показанном на фиг. 5, выпускной клапан 90 выполнен в виде электромагнитного клапана. Управление этим электромагнитным клапаном осуществляется управляющей схемой 160, которая работает в зависимости от выходного сигнала датчика 162 давления, связанного с верхней концевой полостью 72.

В предпочтительном варианте управляющая схема 160 обеспечивает работу выпускного клапана 90 в импульсном режиме. При этом управляющая схема 160 может работать таким образом, чтобы держать выпускной клапан 90 полностью закрытым до тех пор, пока давление в выходной концевой полости 72 не превысит заданного значения, достаточного для создания достаточного потока продувочного воздуха. По достижении этого заданного значения давления управляющая схема 160 работает таким образом, чтобы в переходной фазе постепенно повышать скважность импульсов как отношение времени нахождения выпускного клапана 90 в открытом состоянии к времени нахождения этого клапана в закрытом состоянии до тех пор, пока в выходной концевой полости 72 не будет достигнуто давление, необходимое для обеспечения работы осушителя в установившемся режиме. С этого момента времени скважность импульсов остается постоянной. В альтернативном варианте с этого момента времени выпускной клапан 90 можно удерживать постоянно открытым.

В другом варианте можно отказаться от применения датчика 162 давления и регулировать отношение импульсов как отношение времени нахождения клапана в открытом и закрытом состояниях в зависимости от времени, прошедшего с момента включения системы.

В еще одном варианте вместо датчика 162 давления можно применять гигрометр, расположенный в потоке использованного продувочного воздуха, выходящего через соединительное кольцо 36.

Все вышеуказанные принципы регулирования можно также использовать в комбинации.

В варианте, показанном на фиг. 6, вместо выпускного клапана 90 можно предусмотреть использование регулируемого дросселя 164, проходное сечение которого регулируется серводвигателем 166. В этом варианте серводвигатель 166 работает под управлением модифицированной управляющей схемы 160, в свою очередь, взаимодействующей с датчиком 162 давления, измеряющим давление в верхней концевой полости 72.

Если давление в верхней концевой полости 72 на стадии пуска осушителя 10 сначала невелико, то управляющая схема 160 переводит дроссель 164 в состояние максимального дросселирования. Таким образом можно вновь быстро повысить давление в верхней концевой полости 72 до требуемого минимального давления, необходимого для обеспечения снабжения продувочным воздухом. С этого момента времени управляющая схема 160 может постепенно открывать дроссель 164, благодаря чему количество осушенного воздуха, передаваемого в баллон 14 сжатого воздуха, постепенно нарастает.

Очевидно, что регулируемый дроссель можно также реализовать как множество параллельно включенных нерегулируемых дросселей, открывающихся с помощью электромагнитных клапанов.

В альтернативном варианте для регулирования количества продувочного воздуха можно использовать пропорциональный клапан.

При этом можно также использовать три описанных выше возможности регулирования, включая используемые по отдельности и в комбинации друг с другом методы регулирования в зависимости от давления на выпуске, по времени и в зависимости от влажности выходящего продувочного воздуха.

За исключением видоизмененного типа управления сообщением между осушителем 10 и баллоном 14 сжатого воздуха варианты осушителя, показанные на фиг. 5 и 6, работают аналогично вариантам, показанным на фиг. 1-4.

- 6 011902

Наконечники 18 и 20, а также корпус 102 циклона и деталь 108 циклона предпочтительно представляют собой детали, изготовленные методом литья под давлением из металла, или пластика, или армированного волокном пластика. Цилиндрическая корпусная часть 16 может представлять собой элемент, изготовленный из металлического или пластикового профиля, полученного методом экструзии, подвергнутого при необходимости дополнительной обработке.

В других, показанных на фиг. 7-11 вариантах, компоненты, функционально соответствующие выше уже указанным компонентам, обозначены также теми же самыми позициями, даже если они имеют некоторые отличия друг от друга. Эти компоненты ниже повторно в подробностях не рассматриваются.

В показанных на фиг. 7-11 вариантах корпусная часть 16 отсутствует. Патронная втулка 24 одновременно изолирует текучую среду от окружающей среды.

Задерживающий фильтр 142 представляет собой коалесцентный фильтр, изготовленный из гидрофобного спеченного материала, и имеет форму замкнутого снизу усеченного конуса, подвешенного к опорному кольцу 167 наконечника 18. Нижняя закрывающая стенка усеченного конуса служит опорой для сточного элемента 124.

Входной канал 148 входит в циклон 100 по касательной. Таким образом в результате центрифугирования из воздуха удаляются капельки, прежде чем он пройдет снаружи внутрь через задерживающий фильтр 142 и войдет в нижнюю концевую полость 92.

Продувочный воздух подается по центру через канал 64, выполненный посередине крепежной пластины 28.

Помимо этого в центральной полости 168 патрона 22 нет мембранных волокон 30, что обеспечивает подачу к нижним частям мембранных волокон достаточного количества свежего продувочного воздуха.

Наконечник 20, показанный на фиг. 10, имеет другую, меньшую, поверхность сопряжения с корпусной частью 16, однако, по функциональному назначению не отличается от наконечника, показанного на фиг. 9.

Верхняя концевая полость 72 сообщается через выполненный в корпусе канал 72а с входной полостью 72Ь выпускного клапана 90. Продувочный воздух подается в дроссель 70 через щель, которая образована между отверстием 170, охватывающим сопловую деталь 68, и наружной поверхностью сопловой детали 68 и проходит до заднего торца сопловой детали 68. На торце расположена пористая сигнальная пластинка 172.

Эту пластинку благодаря ее расположению омывает воздух, который поступает из верхней концевой полости 72 и подается как продувочный воздух через дроссель 70 к внутренней стороне пучка мембранных волокон. Сигнальная пластинка изготовлена из материала, внешний вид которого зависит от содержания влаги в воздухе, проходящем через пластинку, при этом в предпочтительном варианте меняется ее цвет.

Вместе с тем, подходящими являются также сигнальные пластинки, изменяющие структуру своей поверхности или геометрию.

В наконечнике 20, изготовленном из прозрачного материала, размещена линза 173, позволяющая также с достаточно большого расстояния ясно и однозначно определять цвет сигнальной пластинки.

Помимо этого выходной канал 74 расположен параллельно оси патрона 22, что в некоторых вариантах применения делает возможным более компактное исполнение в радиальном направлении конструкции, включающей осушитель и присоединительные элементы.

В варианте, показанном на фиг. 11, задерживающий фильтр 142 выполнен цилиндрическим с расположенными внутри осевыми ребрами жесткости 174. Крайняя снизу корпусная часть 176 выполнена отвинчиваемой для обеспечения обслуживания осушителя.

В еще одном варианте нижний конец корпуса осушителя можно выполнять таким образом, чтобы задерживающий фильтр 142 был проточным изнутри наружу.

Подобный осушитель показан на фиг. 12. Уже описанные компоненты и на этом чертеже обозначены теми же самыми позициями и повторно подробно не рассматриваются.

Опорное кольцо 167 для задерживающего фильтра 142, изготовленного из гидрофобного спеченного материала, закрыто на своем верхнем конце, а входной канал 148 проходит по касательной к окружной стенке опорного кольца 167. Опорное кольцо 167 крепится к наконечнику 18 звездообразно расположенными крепежными консольными элементами 175. Таким путем можно обеспечить проточность задерживающего фильтра 142 изнутри наружу, как это обозначено стрелками.

Показанный на фиг. 13 вариант предупреждает вихревое движение (завихрение) поступающего в фильтр воздуха внутри коалесцентного фильтра 142. Для этого подача воздуха осуществляется осесимметричным потоком.

Для обеспечения осесимметричной подачи воздуха опорное кольцо 167 выполнено как осесимметричная коробчатая деталь. Она имеет верхнюю концевую стенку 167а, наружную окружную стенку 67Ь и кольцевую донную стенку 167с, от которой также отходит вверх внутренняя окружная стенка 1676. Она заканчивается на небольшом расстоянии под концевой стенкой 167а и образует тем самым с последней кольцевую питающую щель 167е.

Таким образом, воздух, поступающий на обработку через вход 148, проходит осесимметричной пе

- 7 011902 леной по радиусу внутрь и превращается в осесимметричный осевой поток воздуха, как схематично показано на чертеже. Таким образом, внутри коалесцентного фильтра отсутствует вихревое движение.

Для соединения с коалесцентным фильтром 142 опорное кольцо 167 имеет фартук 167е.

Вместо опорного кольца 167 в форме коробчатого профиля можно также предусмотреть опорное кольцо 167, допускающее подачу воздуха вдоль оси, как это обозначено на фиг. 13 позицией 148'.

Выше изобретение описано на примере осушения сжатого воздуха. Очевидно, что изобретение может быть использовано равным образом применительно к разделению иных газовых смесей с помощью мембранных полых волокон.

Claims (34)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Осушитель для сжатого воздуха и других газообразных сред, содержащий корпус (16, 18, 20) с входом (148) для осушаемого воздуха и выходом (74) для осушенного воздуха, а также обменный узел (22) с множеством полых мембранных волокон (30), концы которых открыты и зафиксированы в двух крепежных пластинах (26, 28), ограничивающих вместе с корпусом (16, 18, 20) входную концевую полость (92) и выходную концевую полость (72), причем наружные поверхности мембранных волокон (30) сообщаются с полостью продувочного воздуха, которая имеет вход (52) и выход (50) для продувочного воздуха и в которую подается часть осушенного воздуха, а выходная концевая полость (72) сообщается с выходом (74) для осушенного воздуха через выпускной клапан (90) или выпускной дроссель (164), отличающийся тем, что вход (52) для продувочного воздуха включает в себя канал (64), постоянно сообщающийся с выходной концевой полостью (72).
2. 2. Осушитель по п.1, отличающийся тем, что выпускной дроссель (164) выполнен регулируемым, предпочтительно регулируемым по времени, и/или в зависимости от давления в выходной концевой полости (72), и/или в зависимости от содержания влаги в продувочном воздухе на выходе (50) для продувочного воздуха.
3. 3. Осушитель по п.1, отличающийся тем, что выпускной клапан регулируется по времени и/или в зависимости от давления в выходной концевой полости (72), и/или в зависимости от содержания влаги в продувочном воздухе на выходе (50) для продувочного воздуха.
4. 4. Осушитель по п.3, отличающийся тем, что выпускной клапан (90) выполнен как регулятор давления.
5. 5. Осушитель по п.3 или 4, отличающийся тем, что выпускной клапан (90) имеет плоский регулирующий элемент (78), который с одной стороны сообщается с выходной концевой полостью (72), а с другой стороны взаимодействует с седлом (76) клапана, сообщающимся с выходом (74) для осушенного воздуха.
6. 6. Осушитель по п.5, отличающийся тем, что регулирующий элемент (78) выполнен в виде круглой мембраны, а седло (76) клапана выполнено цилиндрическим и расположено соосно регулирующему элементу (78).
7. 7. Осушитель по п.5 или 6, отличающийся тем, что регулирующий элемент (78) поджат пружиной (86) в направлении его закрытого положения.
8. 8. Осушитель по п.3, отличающийся тем, что выпускной клапан (90) представляет собой электромагнитный клапан, управляемый в зависимости от выходного сигнала датчика (162) давления, связанного с выходной концевой полостью (72).
9. 9. Осушитель по одному из пп.1-8, отличающийся тем, что перед входной концевой полостью (92) по потоку установлен циклон (100) и/или коалесцентный фильтр (142).
10. 10. Осушитель по п.9, отличающийся тем, что циклон (100) и/или коалесцентный фильтр (142) расположен на нижнем конце вертикально установленного корпуса (16, 18, 20).
11. 11. Осушитель по п.10, отличающийся тем, что на нижнем конце стенки (110) циклона (100) или на нижнем конце коалесцентного фильтра (142) предусмотрен сточный элемент (124), радиально расходящийся наружу с наклоном.
12. 12. Осушитель по п.11, отличающийся тем, что сточный элемент (124) установлен на нижнем конце стенки (110) циклона или на нижнем конце коалесцентного фильтра (142) и предпочтительно закреплен на нем с возможностью перемещения по вертикали.
13. 13. Осушитель по п.12, отличающийся тем, что нижний край стенки (110) циклона выполнен с пружинящими лапками (120), между которыми с зазором закреплен с возможностью осевого перемещения сточный элемент (124), причем сточный элемент одновременно удерживается выступами (122) крепежных лапок (120) от выпадения из стенки (110) циклона.
14. 14. Осушитель по п.12 или 13, отличающийся тем, что в находящейся над стенкой (110) циклона камере (140) корпуса (102) циклона расположен задерживающий жидкость фильтр (142).
15. 15. Осушитель по п.14, отличающийся тем, что задерживающий жидкость фильтр (142) содержит гидрофобный нетканый материал или гидрофобный спеченный материал.
16. 16. Осушитель по одному из пп.11-15, отличающийся тем, что верхняя замыкающая стенка (112) детали (108) циклона выполнена в виде открытого кверху поддона и имеет по меньшей мере одно слив

    - 8 011902 ное отверстие (144).
17. 17. Осушитель по одному из пп.1-16, отличающийся тем, что входная концевая полость (92) находится в тепловом взаимодействии с теплообменником (94).
18. 18. Осушитель по п.17, отличающийся тем, что теплообменник (94) вытянут в направлении, проходящем поперек оси входной концевой полости (92), предпочтительно пересекая эту ось.
19. 19. Осушитель по п.18, отличающийся тем, что теплообменник (94) имеет трубу (96) с расположенными на ней ребрами (98).
20. 20. Осушитель по п.19, отличающийся тем, что теплообменник (94) выполнен металлическим.
21. 21. Осушитель по одному из пп.1-20, отличающийся тем, что корпус (16, 18, 20) состоит из трех основных частей: входной наконечник (18), выходной наконечник (20) и расположенная между ними удлиненная корпусная часть (16), в которой расположен осушительный патрон (92), содержащий группу мембранных волокон (30) и скрепляющие их крепежные пластины (26, 28).
22. 22. Осушитель по п.21, отличающийся тем, что осушительный патрон (22) имеет выполненный в форме втулки корпус (24), на концах которого герметично установлены обе крепежные пластины (26, 28).
23. 23. Осушитель по п.22, отличающийся тем, что выполненный в форме втулки корпус (24) патрона имеет два отверстия (50, 52) для продувочного воздуха, расположенных на расстоянии друг от друга в осевом направлении, предпочтительно рядом с концами патрона, каждое из которых предпочтительно выполнено в виде группы отверстий, распределенных по окружности.
24. 24. Осушитель по одному из пп.21-23, отличающийся тем, что наконечники (18, 20) и средняя корпусная часть (16) соединены друг с другом разъемным образом.
25. 25. Осушитель по п.24, отличающийся тем, что в местах стыка между наконечниками (18, 20) и средней корпусной частью (16) или секциями (60, 62) средней корпусной части (16) предусмотрены соединительные кольца (36, 38).
26. 26. Осушитель по п.25, отличающийся тем, что по меньшей мере одно из соединительных колец (36, 38) образует проход на наружную сторону корпуса (14, 16, 18), предпочтительно имеет множество сквозных отверстий (48), равномерно распределенных по окружности.
27. 27. Осушитель по п.25 или 26, отличающийся тем, что по меньшей мере одно из соединительных колец (36, 38) одновременно представляет собой опорное кольцо для уплотнительного кольца (54, 58), обеспечивающего уплотнение между осушительным патроном (22) и корпусом (16, 18, 20).
28. 28. Осушитель по п.27, отличающийся тем, что выходной конец осушительного патрона (22) уплотнен относительно корпуса (16, 18, 20) двумя расположенными на расстоянии друг от друга уплотнительными кольцами (56, 58), а пространство, расположенное между двумя уплотнительными кольцами (56, 58) в осевом направлении, сообщается с выходной концевой полостью (72) через дроссель (70).
29. 29. Осушитель по одному из пп.1-28, отличающийся тем, что канал (64) выполнен в виде центрального канала подачи продувочного воздуха или сообщается с кольцевой полостью (46), окружающей полость продувочного воздуха.
30. 30. Осушитель по одному из пп.9-29, отличающийся тем, что коалесцентный фильтр (142) выполнен проточным изнутри наружу.
31. 31. Осушитель по одному из пп.9-30, отличающийся тем, что в нем предусмотрены средства (167), которые направляют обрабатываемый воздух на осесимметричный коалесцентный фильтр (142), по существу, осесимметричным потоком.
32. 32. Осушитель по одному из пп.9-31, отличающийся тем, что камера (177), расположенная с выходной стороны коалесцентного фильтра (142), выполнена с обеспечением замедления в ней потока воздуха.
33. 33. Осушитель по одному из пп.1-32, отличающийся тем, что он содержит омываемую обработанным воздухом сигнальную пластинку (172), которая при первом содержании влаги в воздухе имеет первый внешний вид, а при втором содержании влаги в воздухе - второй, отличающийся от первого, внешний вид и которая видна через окно (174) в корпусе (16, 18, 20).
34. 34. Осушитель по п.33, отличающийся тем, что окно (174) выполнено в виде линзы.