TWI670109B - 液體分離器 - Google Patents

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湯姆安德烈簡尼 波特
維克特莫里茲英格利 弗林
可倫安納雷翁 馬利安
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比利時商亞特拉斯可波克氣動股份有限公司
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Abstract

本發明提供了一種液體分離器，該液體分離器設置有殼體(2)，殼體包括限定分離室(4)的至少部分圓筒形的壁(3)，該分離室的一端(5)藉由基座(6)封閉，而另一端(7)藉由蓋(8)封閉，在蓋中存在用於排出處理後氣體的氣體出口(14)，其中，在所述分離室(4)中設置有遮蔽件(13)，該遮蔽件在所述分離室(4)中從所述蓋(8)圍繞所述氣體出口(14)，所述液體分離器(1)具有用於待處理的液-氣混合物的入口(15)，其特徵在於，入口(15)位於所述蓋(8)中，使得液-氣混合物在所述壁(3)和遮蔽件(13)之間的空間(28)中沿切線進入所述分離室(4)。

Description

液體分離器
本發明涉及一種液體分離器。
更具體地，本發明旨在用於從壓縮機的壓縮氣體中分離液體，例如：水。
注油壓縮機是已知的，油被注入到轉子室中用於潤滑、密封和冷卻。因此，壓縮空氣將含有油。
然而，對於製藥工業、塗料工業以及與食品相關的應用裝置和電子應用裝置來說，必須提供無油的壓縮空氣。
因此，在壓縮機元件之後提供過濾器，以將油從空氣中過濾出去。
然而，這些過濾器無法將所有的油從空氣中除去，使得空氣不能用於上述部分中的關鍵或高要求應用裝置，因為即使是在藥物、塗料、電子或食品應用裝置中存在最小量的油，也使得產品不可用，一切均必須被銷毀。
此外，這些過濾器存在故障的風險，這將導致油污染空氣，從而導致污染使用該空氣的應用裝置或設備，所有這些均造成有害的影響。
無油壓縮機也是已知的，在該無油壓縮機中不注入油，以提供100%的無油壓縮空氣。缺點在於：由於缺乏冷卻，氣體溫度升高得非常高，因此需要額外的冷卻。
注水壓縮機也是已知的，水被注入到壓縮機元件中用於冷卻、潤滑和密封。
這些注水壓縮機的優點在於：在製藥、電子、塗料或食品行業的應用裝置中不存在油污染的風險。
為了能夠從壓縮空氣中除去水，使用了液體分離器，該液體分離器設置有殼體，殼體包括限定分離室的至少部分圓筒形的壁，所述分離室的一端藉由基座封閉，而另一端藉由蓋封閉，在所述蓋中存在用於排出處理後氣體的氣體出口，其中，在上述分離室中設置有遮蔽件，該遮蔽件圍繞上述氣體出口在上述分離室中從上述蓋開始延伸。
液體分離器的殼體還設置有沿切線定位的、用於待處理的液-氣混合物的入口，該入口可以連接到壓縮機元件的出口。
在該已知的液體分離器中(該液體分離器也稱為離心分離器，並且該液體分離器用於例如從加壓空氣中分離油或水)，液-氣混合物通過由混合物的氣旋流動所引起的離心力將較重的液體顆粒驅動或投射到殼體的壁上而被淨化，所述混合物的氣旋流動由殼體的圓筒形壁中沿切線定位的入口所產生。
遮蔽件將防止混合物在不穿過氣旋流動的情況下直接通過出口離開分離室。
然而，為了避免銹蝕等問題，水分離器通常由不銹鋼或伊諾克斯不銹鋼製成，這使得水分離器以及因此壓縮機非常昂貴和沉重。
因此，在工業中，經常使用注油壓縮機的較便宜且較輕便的解決方案，其具有壓縮空氣被油污染的風險。
本發明的目的是藉由提供一種便宜且輕便的液體分離器來提供解決上述和其它缺點中的至少一個的方案，該液體分離器可用於注水壓縮機中，以便允許利用較便宜的機器來產生無油壓縮空氣。
很明顯，根據本發明的液體分離器也可以用於其它機器中。
本發明涉及一種液體分離器，所述液體分離器設置有殼體，所述殼體包括限定分離室的至少部分圓筒形的壁，所述分離室的一端藉由基座封閉，而另一端藉由蓋封閉，在所述蓋中設置有氣體出口，所述氣體出口用於排放處理後的氣體，其中，在所述分離室中設置有遮蔽件，所述遮蔽件圍繞所述氣體出口在所述分離室中從所述蓋開始延伸，所述液體分離器設置有用於待處理的液-氣混合物的入口，所述入口位於所述蓋中，使得液-氣混合物在所述壁和遮蔽件之間的空間中沿切線進入所述分離室。
一個優點在於：藉由在蓋中設置入口，不再需要在殼體的壁中設置入口，在殼體的壁中設置入口有損該壁的強度。
這開啟了使用除了不銹鋼以外的材料作為殼體的可能性，而不具有在壁中沿切線設置的入口會削弱殼體的風險。
另一個優點在於：藉由設計入口來使得液-氣混合物在壁和遮蔽件之間的空間中沿切線進入分離室，液-氣混合物將遵循沿著壁的、圍繞遮蔽件的氣旋路徑。
結果，存在於混合物中的液體顆粒或液滴的分離將藉由其沉積在壁上而有效地發生。
在最佳的實施例中，殼體的壁由套筒組成，圍繞該套筒裝配或纏繞有複合材料物。
這具有大大降低液體分離器的重量的優點。
藉由在蓋中設置入口，在複合材料物中不必設置開口來實現這種入口，從而確保了複合材料物的強度。
另一個優點在於：藉由使用所述套筒(在該套筒周圍纏繞有複合材料物)，可以提供平滑的內壁，使得沉積在該壁上的水顆粒能夠容易地落到液體分離器的所述基座，並且將藉由用於分離後液體的排放口排出。
此外，該套筒還可以確保殼體的氣密性。
在一個實際的實施例中，所述入口被設計為位於蓋中且通過蓋的通道，其中較佳地，在液-氣混合物的流動方向上觀察時，通道的橫截面從基本圓形逐漸變 為D形、然後變為C形，C形的開口面向套筒，並且通道至少在C形橫截面處彎曲並遵循殼體的形狀。
其優點在於：圓形入口使得其易於連接壓縮機的出口或液-氣混合物的其它入口導管。
通道的彎曲形狀將確保液-氣混合物遵循氣旋流動路徑進入分離室，從而可以最佳地進行旋風分離。液-氣混合物將可以說是被投射到所述套筒上的。
此外，通道末端處的C形將確保液-氣混合物的液體顆粒可以與壁接觸，並且可以在進入分離室後分離。
畢竟，一旦液體顆粒碰到了壁，它們就可以很容易地落到液體分離器的基座上，並且將藉由用於分離後液體的排放口排出。
另一方面，沉積在通道的壁上的液體顆粒將藉由液-氣混合物的流動而從通道中移出並返回至混合物。
1‧‧‧液體分離器
2‧‧‧殼體
3‧‧‧壁
4‧‧‧分離室
5‧‧‧底側
6‧‧‧基座
7‧‧‧頂側
8‧‧‧蓋
9‧‧‧套筒
10‧‧‧複合材料物
11‧‧‧密封件
12‧‧‧槽
13‧‧‧遮蔽件
14‧‧‧氣體出口
15‧‧‧入口
16‧‧‧排放口
17‧‧‧輔助件
18‧‧‧除霧器
19‧‧‧控制器
20‧‧‧內壁
21‧‧‧通道
22‧‧‧入口
23‧‧‧直邊
24‧‧‧排泄口
25‧‧‧外周
26‧‧‧外周
27‧‧‧表面單元
28‧‧‧空間
29‧‧‧自由端
為了更好地顯示本發明的特徵，下面參考附圖藉由沒有任何限制性質的示例方式對根據本發明的液體分離器的一些較佳地變型例進行描述，其中：圖1示意性地示出了根據本發明的一實施例的液體分離器；圖2示意性地示出了圖1的液體分離器的豎直截面；圖3和圖4示意性地示出了圖1和圖2的液體分離器的基座； 圖5至圖8示意性地示出了圖1和圖2的液體分離器的蓋的不同視圖和剖視圖。
如在圖1和圖2中示意性地示出的那樣，根據本發明的液體分離器1主要包括殼體2，殼體2由至少部分圓筒形的壁3組成，壁3限定了分離室4，分離室4的一端(底側5)由基座6封閉，而另一端(頂側7)由蓋8封閉。
如圖2所示的示例所示，殼體2的壁3由套筒9組成，圍繞該套筒9裝配或纏繞有複合材料物10。
套筒9由塑膠或高密度聚乙烯(HDPE)的聚合物製成，但不排除使用其它材料。
複合材料物10由環氧樹脂基體或類似物中的玻璃纖維、芳香族聚醯胺或碳纖維製成。
在這種情況下，基座6和蓋8均由陽極化鋁製成。該材料比例如不銹鋼更便宜且更輕。
為了確保良好的密封，密封件11一方面設置在基座6和套筒9之間，另一方面設置在蓋8和套筒9之間。
這在圖2中示出，其中在該實施例中，使用O形環作為密封件11，但不排除可以使用其它類型的密封件11。圖3示出了該O形環設置在基座6中，基座6設置有用於該目的的槽12。
在上述分離室4中，設置有遮蔽件13，遮蔽件13從上述蓋8開始並圍繞設置在蓋8中的用於處理後氣體的氣體出口14延伸。
遮蔽件13在這種情況下被構造成管，並且在 這種情況下由HDPE製成。
在這種情況下(但非必須地)，上述氣體出口14放置於蓋8的中央。
根據本發明的蓋8還設置有用於待處理的液-氣混合物的入口15。
此外，如圖3和圖4所示，在基座6的底側5處設置有用於分離後液體的排放口16。不排除該排放口16在基座6的附近位於殼體2的壁3中。
基座6裝備有用於將液體分離器1附接到一表面或機器的輔助件17。在這種情況下為支撐件或支腿，但是很清楚，這些輔助件17能夠以不同的方式設計。
此外，除霧器18或液滴分離器18設置在殼體2中，該除霧器或液滴分離器通常由海綿狀及/或軟質材料製成。該液滴分離器18設置在殼體2中的底側5處。
此外，殼體2設置有用於判定殼體2中的液體的液位的控制器19。
在所示的示例中，這些控制器19被設計成位於殼體2中央的感測器的形式。
然而，例如，不排除將感測器放置在套筒9的內壁20上或靠在套筒9的內壁20上。
在圖5至圖8中更詳細地示出了蓋8。該蓋8被放置在圓筒形的壁3的與基座6相對的頂側7上。
入口15形成為位於蓋8中並通過蓋8的通道21。通道21將待處理的液-氣混合物引導至並進入分離室4。
在這種情況下，當在液-氣混合物的流動方向 上看時，通道21彎曲成敞開的螺旋形。
以這種方式，液-氣混合物將以氣旋流動或渦流形流動的方式進入分離室4，使得能夠優化與套筒9的內壁20的旋風分離。
從圖5可以看出，通道21的一部分被定位為在蓋8上或靠著蓋8的導管或管子。然而，也可以使蓋8變得更厚，並且使通道21被集成在蓋8中。
此外，通道21的橫截面的形狀沿通道21的長度是可變的。
在這種情況下，當從通過通道21的液-氣混合物的流動方向觀察時，該橫截面將從基本圓形(圖6)逐漸變為D形(圖8)、然後變為呈C形(圖6和圖7)。
通道21的圓形入口22將易於連接至來自例如壓縮機的導管。
在這種情況下，C形意味著通道將在一側打開。這意味著D形的直邊23將在某一位置處打開，即省略直邊23，從而獲得開口和C形的橫截面。
通道21在排泄口24處的C形橫截面將成角度，使得C形的開口指向套筒9，藉此通道21在C形橫截面處彎曲或呈曲線形，並且遵循殼體2或套筒9的內壁20的形狀。
儘管在所示示例中，通道21沿其全長彎曲，但是通道可以僅在C形橫截面處彎曲。
在所示例子中，通道21從其進入分離室4的那一刻起(即從藉由液體顆粒沉積在套筒9的內壁20上而產 生液-氣混合物的分離的那一刻起)就具有C形的橫截面。圖5至圖7清楚地示出了通道的一端(即排泄口24)位於蓋8的面向分離室4的一側，並且通道的另一端(即入口22)位於蓋8的背離分離室4的一側。換句話說，入口22和排泄口24均不橫向放置。
結果，蓋8的外周25沒有任何通路。
這將對根據本發明的液體分離器1的製造產生有益的影響。
畢竟，這開啟了將複合材料物10至少部分地裝配在蓋8上或蓋8周圍的可能性。這在圖2中示出。
藉由在基座6中的合適位置處設置可能的排放口16，基座6的外周26也將沒有任何通路，使得複合材料物10也能夠裝配在基座6上或基座6周圍。
這將導致如下可能性：形成殼體的複合材料物10可以將基座6、蓋8和套筒9保持在一起而不關閉或阻塞入口15或排放口16。
此外，複合材料物10將保持其強度，因為不必在複合材料物10中形成通路。
如圖3至圖7所示，在蓋8和基座6的外周25、26中設置有一以上的表面單元27。
在這種情況下，這些單元是複合材料物10裝配在其中的局部凹部27，但是這些單元也可以是複合材料物10裝配在其上的局部突起。
這使得可以實現在複合材料物10與蓋8和基座6之間的旋轉連接。
裝配在局部凹部27中的複合材料物10將阻止或防止蓋8和基座6相對於複合材料物10和套筒9的轉動。
在所示的示例中，沿著蓋8和基座6的外周25、26設置有六個凹部27，但是顯然本發明不局限於此。原則上，一個凹部27就足夠了，但是可以自由選擇凹部的數量。
當然，只有蓋8或只有基座6設置有一以上的表面單元27也是可以的。
如果基座6或蓋8沒有表面單元27，則它們仍然可以相對於套筒9和複合材料物10旋轉。這種可旋轉性能夠在裝配液體分離器1時使用，從而能夠進行最終調整，使得例如所有的導管可以容易地連接到液體分離器1。
液體分離器1的操作非常簡單並且如下所述。
包括例如來自注水壓縮機元件的水-空氣混合物的液-氣混合物在殼體2的頂側7處藉由入口15被引入到壁3和遮蔽件13之間的空間28而被引入到液體分離器1的分離室4中。藉此混合物將流過通道21。
液-氣混合物從頂部到底部(即從蓋到底部)流動通過該空間28，其中，液-氣混合物跟隨殼體2的圓筒形壁3，因為通道21彎曲成使得混合物沿切線流入分離室4。在該運動期間，混合物因此行進的距離比殼體2的圓周大幾倍。
由於離心力，混合物的較重的液體顆粒被投射到殼體2的壁3上，更具體地，投射到套筒9的內壁20上，使得這些顆粒隨後沿著該內壁20向下流動。
被分離的液體被收集於殼體2的基座處。
當混合物到達遮蔽件13的下側時，其圍繞遮蔽件13的自由端29流動，然後繼續向上運動。
因為混合物被迫彎曲180°，所以較重的液體顆粒將因其慣性而保持其向下的運動。以這種方式發生第二分離階段。
除霧器18或液滴分離器將導致液體顆粒被捕獲在其內部，使得最輕的流體顆粒在混合物向上運動的影響下不被混合物沿氣體出口14的方向拖動。
當混合物向上運動時，超過99%的水被分離。
不排除還設置有精細過濾器，所述精細過濾器在分離室4中圍繞氣體出口14從蓋8開始延伸並被遮蔽件13所包圍，使得混合物藉由該精細過濾器而經歷第三分離階段。以這種方式，可以從混合物中提取高達99.99%的液體。
處理後的氣體藉由蓋8中的氣體出口14離開液體分離器1。
隨後，氣體可以被用於放置在下游的應用裝置中，例如在壓縮空氣的情況下，用於壓縮空氣應用裝置。
根據附圖1和附圖2，總是使用術語「基座6」，「蓋8」，「頂側7」，「底側5」，「基部」和「底部」。然而，顯而易見的是，根據本發明的液體分離器1不必一定如圖所示的那樣具有完全豎直的設置，而是也可以用於其它位置中。
本發明決不局限於作為示例描述並且在附圖中示出的實施例，而是在不脫離本發明的範圍的情況下可以以各種變型實現這種液體分離器。

Claims (16)

  1. 一種液體分離器，所述液體分離器設置有殼體(2)，所述殼體包括限定分離室(4)的至少部分圓筒形的壁(3)，所述分離室的一端(5)藉由基座(6)封閉，而另一端(7)藉由蓋(8)封閉，在所述蓋中存在用於排出處理後氣體的氣體出口(14)，其中，在所述分離室(4)中設置有遮蔽件(13)，所述遮蔽件在所述分離室(4)中從所述蓋(8)圍繞所述氣體出口(14)，所述液體分離器(1)具有用於待處理的液-氣混合物的入口(15)，其特徵在於，所述入口(15)位於所述蓋(8)中，使得液-氣混合物在所述壁(3)和所述遮蔽件(13)之間的空間(28)中沿切線進入所述分離室(4)，其中，所述殼體的壁(3)由套筒(9)製成，圍繞所述套筒裝配或纏繞有複合材料物(10)，且其中，所述複合材料物(10)至少部分地裝配在所述蓋(8)和基座(6)上或周圍。
  2. 如請求項1的液體分離器，其中，所述複合材料物(10)由環氧樹脂基體或類似物中的玻璃纖維、芳香族聚醯胺或碳纖維製成，及所述套筒(9)由塑膠或諸如高密度聚乙烯(HDPE)的聚合物製成。
  3. 如請求項2的液體分離器，其中，一個以上的表面單元(27)設置在所述蓋(8)及/或所述基座(6)的外周(25、26)中，所述複合材料物被裝配在所述表面單元中或表面單元上，以實現所述複合材料物(10)與所述蓋(8)及/或所述基座(6)之間的旋轉連接。
  4. 如請求項1至3中任一項的液體分離器，其中，密封件(11)設置在所述基座(6)與所述套筒(9)之間以及所述蓋(8)與所述套筒(9)之間。
  5. 如請求項4的液體分離器，其中，所述密封件(11)是O形環。
  6. 如請求項1至3中任一項的液體分離器，其中，所述基座(6)及/或所述蓋(8)由陽極化鋁製成。
  7. 如請求項1至3中任一項的液體分離器，其中，所述入口(15)被設計為在所述蓋(8)中並穿過所述蓋的通道(21)。
  8. 如請求項7的液體分離器，其中，在液-氣混合物的流動方向上觀察時，所述通道(21)的橫截面從基本圓形逐漸變為D形、然後變為C形，藉此C形的開口面向所述套筒(9)，並且所述通道(21)至少在C形的橫截面處彎曲並且遵循所述殼體(2)的形狀。
  9. 如請求項7的液體分離器，其中，當在所述液-氣混合物的流動方向上觀察時，所述通道(21)彎曲成敞開的螺旋形。
  10. 如請求項7的液體分離器，其中，所述通道(21)的一端(24)位於所述蓋(8)的面向所述分離室(4)的一側，並且通道(21)的另一端(22)位於蓋(8)的背離所述分離室(4)的一側。
  11. 如請求項1至3中任一項的液體分離器，其中，所述氣體出口(14)位於所述蓋(8)的中央。
  12. 如請求項1至3中任一項的液體分離器，其中，所述液體分離器設置有控制器(19)，用於判定所述殼體(2)中的液體的液位。
  13. 如請求項12的液體分離器，其中，所述控制器(19)被設計為感測器，所述感測器位於所述殼體(2)的中央或所述殼體(2)的內壁(20)上。
  14. 如請求項1至3中任一項的液體分離器，其中，在所述殼體(2)中設置有除霧器(18)或液滴分離器。
  15. 如請求項1至3中任一項的液體分離器，其中，所述液體分離器(1)設置有用於分離後液體的排放口(16)，所述排放口佈置在所述基座(6)中或在所述基座(6)附近佈置在所述殼體(2)的壁(3)中。
  16. 如請求項1至3中任一項的液體分離器，其中，所述基座(6)裝備有或能夠裝備支撐件或支腿或輔助件(17)，所述支撐件或支腿或輔助件用於將所述液體分離器(1)附接到一表面或機器。
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