CN105431218B - 用于液体气化的曝气元件 - Google Patents
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Abstract
一种用于液体气化或曝气的曝气元件包括基本上扁平的、刚性的支撑元件（2），其具有大体上椭圆形截面和波纹的外表面（3、4），波纹的外表面包括在其之间限定凹槽（21）的脊（20）；螺纹开口（8），其用于接纳用于连接到空气供应的配合配合件；以及弹性体的材料的柔性膜（5），其布置在支撑元件（2）周围，膜（5）具有多个狭缝（7），并且其中经压缩的气体在支撑元件（2）和膜（5）之间引入，气体可经由狭缝（7）逸散到周围的液体中。保持夹具（6）在支撑元件（2）的至少一个端部周围保持膜（5）。止回阀组件（15）防止液体、颗粒、污泥或碎片的回流到支撑元件（2）的内部中。
Description
背景技术
本发明涉及曝气元件，其使用在用于液体的气化，尤其地用于水的曝气的曝气元件中。
例如，此装置使用在净化厂中。多个曝气元件布置在分配导管上，由此，分配导管一方面充当到曝气元件的空气或气体的供应，并且另一方面还充当曝气元件的固定物。多个分配导管又可以被组合以形成系统。
Messner的美国专利号5,015,421描述使用在刚性的、板状的曝气支撑元件上的柔性膜的扩散设备。由于为柔性膜充当衬底的刚性板的结构，当曝气气泡通过被提供在膜中的开口释放时，或当曝气气体的流动停止时，膜可能沿着支撑板在特定点折叠或者起皱，从而引起在这些点处的疲劳和磨损和曝气元件的寿命的减少。进一步，Messner要求
在DE 33 19 161A1中公开长形的曝气元件。此外，DE 36 00 234公开用于水的曝气的装置，根据其单个的曝气元件经由配合件与分配导管连接，该配合件在组装期间被压入伴随有弹性形变的分配导管中的孔中，从而形成刚性连接。然而，曝气元件是板状元件。该连接不适合长形的曝气元件，其可具有长达以及超过一米的曝气长度。当装置移动时或者如果在待曝气的液体中存在流动，长的曝气元件表现像杠杆臂，使得存在在连接位置处的力比具有板状形状的情况更大。
同一发明人的美国专利7,497,421（US'421）描述用于液体气化的装置，其公开通过引用并入本文。US'421描述在其中压缩的气体被引入到管状的曝气元件中的设备，该曝气元件由具有纵向的圆形凹槽的刚性支撑管和布置在管周围的柔性膜构成。气体通过膜中的狭缝逸散。专门的配合件提供用于将曝气元件附接到分配导管。然而，由于被提供用于释放曝气气体和气泡到液体的周围体积中的有限的截面区域，管状的曝气元件在其曝气效率方面受到限制。
上述的现有技术都没有提供具有椭圆形截面和表面区域效率增加的长形的、扁平的曝气元件，其特别地设计以允许放置在支撑元件周围的柔性膜在操作期间扩展和折叠，而没有曝气元件部件的疲劳、磨损和寿命缩短。
此外，上述引用的现有技术都没有提供用于以便防止污泥或其他颗粒在使用期间进入曝气元件的内部的机构，这可损害或完全抑制功能。这是可能发生的，如果有在周围液体中的尖锐的物体或碎片的外部影响而存在膜的破坏。颗粒或污泥的回流被穿孔的膜的细小狭缝抑制，其充当在膜的收缩状态下的止回阀。
因此本发明的目的是提供更有效率的曝气元件，其具有更大的可用的截面区域，其提供更佳的寿命和弹性，且其能够被安装在各种构造的新的或现有的曝气系统中。
发明内容
本发明的目的通过扁平的、长形的曝气元件来实现的，该曝气元件具有支撑元件，其具有大体上椭圆形的截面、弹性体的且柔性的管状膜以及空气入口，管状膜在膜放置在曝气元件周围时具有仅仅提供在曝气元件的顶表面的空气狭缝，所述空气入口具有螺纹连接件以将曝气元件连接到充当气体或空气供应的分配导管。
曝气元件的支撑元件由刚性的坚硬的塑料材料制成，其具有波纹的、中空的轮廓且具有波纹的外表面，使得多个凹槽在支撑元件的内表面和外表面两者上的波纹表面的脊之间形成。
曝气元件被提供有用于将膜固定就位的夹具，并且另外的，支撑件包括机器珠以防止夹具滑动以及在轴向的、纵向的张力下保持膜，从而防止膜在使用期间从支撑构件滑落。
曝气元件可以在支撑元件的顶表面中的开口形式被提供有止回阀，其与柔性的弹性体的膜或翻板协作工作以执行出现污泥或其他材料的回流阀或止回阀功能，在该情况下，膜可被浮在污泥中的硬的物质或在系统的组装或操作员使系统工作期间偶然地破坏或剪切。然而，当在用于反硝化的间断周期和/或生物过程序列的操作批次周期的厌氧阶段期间空气被切断时，来自冷凝或回流的通过膜的液体被阻止进入空气供应系统。
曝气元件还被提供有安装或支撑支架，以用于当在净化箱或池/池塘中的曝气元件中使用时支撑或固定长形的曝气元件的（多个）端部就位，例如，通过将安装或支撑支架固定到箱或池的底板或其他表面。
根据本发明的特别有利的实施例，曝气元件在分配导管上的相对的位置中对应地成对地布置，由此在给定的截面平面中，分配导管在两个相对地布置的位置处被提供有孔，单个螺栓穿过该孔将两个曝气元件彼此连接。通过此方式，相对于分配导管的壁的螺栓的支撑被各自的另一个曝气元件影响。从而曝气元件彼此相互地支撑，并且装置可应对最少数量的部件。
本发明的另外的具体特征将随后详细地描述。
附图说明
结合附图从下文说明中本发明的此目的以及其他目的和优势将更清晰地呈现，在附图中：
图1示出本发明曝气元件的平面图；
图2是具有外部膜的剖面的曝气元件的平面图；
图3是在膨胀状态下的图1的曝气元件的纵向截面，柔性膜布置在其周围；
图3A是在收缩状态下的图1的曝气元件的纵向截面，柔性膜布置在其周围；
图4是曝气元件的俯视图，其示出将具有柔性带的夹具和止回阀保持就位；
图5是曝气元件的连接端的视图，柔性膜处于剖面图中以暴露图1的曝气元件的止回阀和波纹表面；
图6示出曝气元件的连接端的另一视图，止回阀带/翻板被切除以暴露止回阀开口；
图6A示出曝气元件的连接端的另一视图，止回阀带/翻板完全地被移除；
图7是曝气元件的连接端的另一视图，止回阀带/翻板和外部膜示出为被切除以暴露与螺纹空气端口连接件连接的空气供应孔；
图8和8A是珠和夹持件脊的详细视图，其形成在支撑元件上以防止夹具和膜的滑动；
图9是两个本发明的曝气元件的平面图，其连接在分配导管的相对两侧上；
图9A-9D是图9的两个曝气元件的截面图和俯视图，其示出它们相对于分配导管的连接和定位，和沿着常规的分配导管的多个此曝气元件对的布置；
图10-10B是平面图，其示出用于相对于分配导管或其他空气供应设备布置多个本发明的曝气元件的各种实施例；
图11是定位在安装组件中的本发明曝气元件的平面图；
图11A-11C分别是图11的安装组件的侧视图、俯视图和截面图；
图12是图11的安装组件的另一截面图；
图12A-12B是图11的安装组件并示出连接到其的螺纹软管联接件和柔性软管的平面图；
图13是安装支架组件的另一实施例的平面图；
图13A-13C示出图13的安装支架组件的另外的细节；
图14示出具有螺纹软管联接件的安装支架组件的另一平面图；以及
图14A-14B示出图14的安装支架组件和软管联接件的另一视图。
具体实施方式
现详细参考附图，尤其图1和图2，本发明的长形的、扁平的扩散曝气元件1具有带有基本上椭圆形截面的基本上扁平的、刚性的支撑元件2。如在图2中可以看出，带有椭圆形截面的支撑元件2具有坚硬的、刚性的波纹中空轮廓11，以便支撑元件的相对的表面3、4（顶表面和下表面，在图1和图2中分别地示出）提供具有在其间布置的凸起部分或脊20和通道或凹槽21的波纹表面。
套管5或柔性的膜布置在支撑元件2周围并通过夹具6围绕支撑元件2的至少一个端部固定，该夹具6由不锈钢或另一种材料制成，该夹具定位成抵靠支撑元件2以气密的方式将套管5保持就位。套管5包括以狭缝7形式的穿孔，其仅当套管5围绕支撑元件5就位时被定位在支撑元件2的顶表面3上。套管5优选地由诸如EPDM、硅酮、聚氨酯、热固性聚合物和热塑性弹性体的材料制成。
如下面将描述的，曝气元件1还包括螺纹空气端口连接件8，用于附接到具有协作配合件的空气供应，诸如空气分配导管。径向的肋9从连接件9向外延伸，以限定开口通道和用于支撑元件2的开口端的结构支撑。如在图7中所示，螺纹空气端口连接件8连接到支撑元件2中的空气供应孔10，通过该空气供应孔10供应到曝气元件1中的空气流入支撑元件2中。如在图3和图3A中所示，空气供应在波纹轮廓11和套管5之间流动，引起套管5膨胀；空气经由形成在在支撑元件2的顶表面或下表面上的套管5中的狭缝7从套管5释放到周围液体中。
图3A示出在收缩或折叠状态下的套管5，其中套管5落在波纹轮廓11上；这允许套管5的受控半径或折叠。另外，脊20和凹槽21防止套管5在卸压状态下形成折痕，因此延长单元的预期寿命。在操作期间，当曝气元件1被浸没时，支撑元件2的中心或内部充满水和/或污泥。曝气元件1的本发明结构在该浸没状态下提供曝气元件的减少的浮力。当套管5膨胀时，其扩展至圆柱形形式使得波纹轮廓（即脊20和凹槽21）可能不是明显的。惊奇地发现，无论套管5是处于其膨胀状态或非膨胀状态下，当套管5的内圆周等于支撑元件2的表面的外圆周时，本发明最佳地工作。
如在图4中示出，支撑元件2包括带轮廓的过渡或台阶以便套管5的内径圆周等于支撑元件2的波纹轮廓11的外径圆周。
图5示出具有被切除的外套管5以显示支撑元件2和其波纹轮廓11的曝气元件1。在优选的实施例中，曝气元件1包括止回阀或回流阀组件15。止回阀组件15包括开口16和柔性的弹性体的带17，其围绕支撑元件2定位以在曝气元件操作期间覆盖开口16。带17优选地包括切下部分以帮助分配气流进入支撑元件2的内部中。如果在膜套管5由漂浮在污泥中的碎片的外部影响被破坏或切断时或者在在曝气系统的安装或工作期间套管5外界地损坏时，污泥或其他碎片的回流将发生，则带或翻板17定位成覆盖开口16以防止碎片进入曝气元件1的内部且损害其操作。如从图6和6A可以看出，为容纳带17和保持支撑元件2的均匀的外圆周，支撑件2的一部分材料从支撑元件2被移除来为带17形成凹进区域18。
图6和6A还示出止回阀或回流阀组件16的另外的细节。在图6中，带17被示出为部分地被切除以暴露开口16，而图6A示出完全地被移除的带17。
图8示出夹具6的细节，该夹具由不锈钢或另一种材料制成，并定位成靠近曝气元件1的端部以将套管5保持就位。优选地，支撑元件2被设置有珠22，其与在夹具6上的凹进26协作以防止夹具6滑动并且在轴向和纵向张力下保持套管5，从而防止套管5从支撑元件2滑落。另外，支撑元件2可提供有夹持件或者凹槽23以改善夹具6的空气密封功能，其将套管5进一步压紧到支撑元件2上（图8A也看出）。
图9示出两个曝气元件1，其经由螺纹空气端口连接件8连接到在此示出为分配导管27的空气供应。空气端口连接件8构造成与配合件协作以形成到分配导管27的密封连接，比如，类似在属于同样发明人的美国专利号7,497,421中公开的配合件，该专利的主题通过引用并入本文。曝气元件1垂直于分配导管27延伸。分配导管27可装备有多个此曝气元件1对。支撑元件2在其端部处是开着的，使得围绕曝气元件的水或其他液体可进入支撑元件2的内部。套管5如上面讨论的是弹性材料，尤其是橡胶或类橡胶的聚合材料，其围绕扁平的支撑元件2的表面伸展。当套管5没有膨胀时，因此当没有发生曝气时，套管5变形成扁平的支撑元件2的表面的弯曲，而支撑元件2的波纹的外表面防止在套管5中的折痕形成。
作为上述构造方式的结果，在操作期间，只有支撑元件2的小部分填充有空气，并且曝气元件的浮力因此是低的，其对于特别长的曝气元件1是特别有有利的。曝气元件1的长度可以根据应用（即待曝气的区域的尺寸和体积）变化。利用非常长的曝气元件，安装组件可以被使用以将曝气元件固定到箱、池或其他容器的底表面，以便防止在液体中的曝气元件2的竖直的或横向的运动或者弯曲。
图9A和9B以截面视图示出连接到分配导管27的两个曝气元件2，而图9C示出连接到分配导管27的两个曝气元件2的俯视图。如在图9和图9C中可以看出，狭缝7均匀地分布在导管5的整个顶表面3上，尽管图示出仅仅定位在导管5的顶表面3的一部分上的狭缝7。进给到空气端口连接件8中的空气可以流动通过空气供应孔10并通过狭缝7逸散成进入周围的水或液体中的细小气泡。
图9D示出沿着通常的分配通道27以图9的成对关系连接的多个曝气元件1。如图9D所示，曝气元件1可彼此隔开，或者如图10中的示例所示，布置成彼此相邻。
优选地，曝气元件1到空气分配导管27或其他空气供应或者歧管的连接由连接协作的螺纹配合件以由配合件布置（如图9A到9C中以示例的方式所示）在空气端口连接件8和空气分配方式之间形成密封的连接而影响。
图10到图10B示出取决于被曝气的液体的体积和具体应用的其他参数而用于布置多个曝气元件1的多个经构思的构造。如在图10中所示，曝气元件1可并排地布置在基部框架41或支撑结构上，且经由通常的导管42供应空气，该导管42又经由供应管、管道或软管供应空气。
图10A示出曝气元件1的另一个可能的构造，其也并排地布置，但如图9中示出的连接到分配导管27。
图10B示出用于曝气元件1的另外的构造，其中元件1在框架或轨道43上以间隔的关系布置，并且每个曝气元件具有单独的空气供应44。
由于曝气元件1的长形的性质并且尤其当应用需要极其长的曝气元件1，可提供安装组件以将（多个）曝气元件固定到容纳待曝气的容纳水的容器、池、池塘等的底表面。如上文注意的，在使用期间，安装设备或支架防止（多个）曝气元件1的竖直的或横向的运动。
图11示出安装组件50的实施例，其用于固定曝气元件1到待曝气的水的容器或本体的底板或底面。安装组件50包括凸缘51、52和各自的配合螺栓53、54，其被接纳在异型材55的协作凹槽中。曝气元件1被定位和夹持在凸缘51、52之间，并且异型材55又通过销或螺栓56附接到待曝气的水的容器/本体的底表面60或底板。
图11A示出安装组件50、异型材55和固定螺栓和螺母组件56的侧视图。图11B示出安装组件50和曝气元件50的俯视图，并且图11C示出安装组件50的截面视图，该安装组件50就位以将曝气元件1保持在上文描述的位置。再次，取决于（多个）曝气元件1的长度和/或曝气元件1定位的深度，根据具体应用，一个或多个此安装组件50可用于稳住或固定曝气元件1。
图12、12A和12B示出图11的安装支架组件。在该实施例中，通过示例的方式示出，用于连接曝气元件1到空气供应的第一类型联接件。以常规的公知的方式使用，用于使用带夹具连接任意类型的材料软管的螺纹接合器或联接件61，其中联接件61被接纳在空气端口连接件8中。图13、13A、13B和13C示出可调整的安装支架66的实施例，以用于将曝气元件的一端或两端固定到容纳待曝气的液体的箱的底面或底板60。例如，可调整的安装支架66可通过螺栓68粘合和固定在混凝土的底板上。支架66包括凹进以用于容纳另外的螺栓69，其能够使支架66的高度/位置是可调整的以便对准曝气元件1。图13A示出作为第二类型的联接件的螺纹软管联接件62，其可用于将曝气元件1连接到空气供应和柔性的软管64，该软管64被连接到接纳在空气端口连接件9中的协作螺纹联接件。图13B示出曝气元件1的端部（与软管64可连接到的曝气元件1的端部相对），其同样地由安装支架66固定到箱的底面或底板60。
图13C示出曝气元件1的侧视图，其具有安装支架66（其在相对的端部处固定其到底板60）以及具有附接的螺纹软管联接件62和柔性软管64。
最后，图14到图14B示出可调整的安装支架66再次将曝气元件1的相对端部牢固定到箱的底板或底面60，而还示出螺纹接合器或连接件61，其提供成接纳螺纹软管联接件62和柔性软管64，以用于供应空气到设备。
本发明的曝气元件1的上文描述的特征在低空气流速下提供改善和稳定的气泡分配到待曝气的液体，从而提高能源效率。
进一步，如上面讨论的，作为具有椭圆形截面的基本扁平元件的曝气元件的本发明结构，与使用圆形或管状曝气元件的已知的曝气设备相比提供更大的表面区域效率。理该，支撑元件的本发明波纹轮廓结合柔性套管，提供增加的套管寿命，以防止在套管中的导致弹性体的套管材料的疲劳和/或裂开的折叠和折痕，其可引起曝气组件的操作故障和损坏。
说明书通过参考并入在2001年10月12日提交的德国优先权文件DE 101 50180.3、美国专利号7,497,421和美国专利号6,769,673的公开。
当然，本发明绝不限于说明书和附图的具体公开，而还包括在随附的权利要求书的范围内的任意修改。
Claims (10)
1.一种用于液体气化或曝气的曝气元件，其包括：
基本上扁平的、刚性的支撑元件（2），其具有基本上椭圆形截面和波纹的外表面（3、4），所述波纹的外表面包括脊（20），该脊限定在其之间的凹槽（21）；
螺纹开口（8），其用于接纳用于密封连接到空气供应的协作配合件；
柔性膜（5），其布置在所述支撑元件（2）周围，所述柔性膜的内圆周等于所述支撑元件的波纹的外表面的外圆周，所述膜（5）具有在其中布置的多个狭缝（7），其中经压缩的气体在所述支撑元件（2）和所述膜（5）之间引入并且可经由所述狭缝（7）逸散到待气化的液体中；以及
至少一个保持夹具（6），其用于在所述支撑元件（2）的至少一个端部周围保持所述膜（5）。
2.如权利要求1所述的曝气元件，还包括止回阀组件（15），以用于防止碎片的回流到所述支撑元件（2）的内部中，所述止回阀组件（15）包括开口（16）和柔性带（17），所述开口形成在所述支撑元件（2）中，所述柔性带定位在所述支撑元件（2）的圆周的周围且覆盖所述开口（16）以用于将所述开口密封免于所述碎片影响，其中所述支撑元件（2）包括在至少一个端部周围的台阶部分，所述台阶部分包括凹进区域（18）以用于接纳所述止回阀组件（15）的所述柔性带（17）。
3.如权利要求1或2所述的曝气元件，其中，所述膜（5）具有等于所述支撑元件（2）的外圆周的内圆周和/或，所述支撑元件（2）包括凸起的珠（22）和多个夹持件（23），所述珠容纳在所述夹具（6）上的协作凹进（26）中，所述多个夹持件用于绕着所述支撑元件（2）保持所述至少一个夹具（6）和所述膜（5）的位置。
4.如权利要求1-2中任一项所述的曝气元件，其中，所述膜（5）由从由EPDM、硅酮、聚氨酯、热固性聚合物和热塑性弹性体构成的组选择的材料制成，和/或其中所述支撑元件（2）包括由塑料、铝或不锈钢制成的刚性材料。
5.如权利要求1-2中任一项所述的曝气元件，其中，在所述支撑元件（2）中的所述螺纹开口（8）连接到空气供应孔以用于供应空气流到所述支撑元件（2）的内部中。
6.如权利要求1-2中任一项所述的曝气元件，其中，多个径向肋（9）从所述螺纹开口（8）向外地延伸，所述径向肋（9）被构造成将所供应的空气流向着所述支撑元件（2）的内部引导，其中所述支撑元件（2）在相对的、纵向端部处是打开的。
7.如权利要求1-2中任一项所述的曝气元件，还包括安装组件（50）以用于将所述曝气元件（1）固定到在所述曝气元件的至少一个端部处的表面（60），所述安装组件（50）适合于防止所述曝气元件（1）在浸没状态下的竖直的和水平的移动，其中所述表面（60）是容纳待气化的液体的箱或池的底板或底部。
8.如权利要求7所述的曝气元件，其中，所述安装组件（50）包括用于将所述曝气元件（1）在其之间固定的至少一个可调整的凸缘（51、52）；带轮廓的轨道（55），其中所述至少一个凸缘（51、52）固定到所述带轮廓的轨道；以及用于将所述带轮廓的轨道（55）固定到所述表面（60）的带螺纹的螺栓连接件（56）。
9.如权利要求1-2中任一项所述的曝气元件，还包括用于在所述曝气元件的至少一个端部处将所述曝气元件（1）固定到表面（60）的可调整的安装支架（66），所述可调整的安装支架（66）适合于允许所述曝气元件（1）相对于所述表面（60）的高度的调整并且防止所述曝气元件在浸没状态下的竖直的和水平的移动，其中所述表面（60）是容纳待气化的液体的箱或池的底板或底部。
10.如权利要求1-2中任一项所述的曝气元件，还包括用于接纳协作的带螺纹的软管联接件（62）的螺纹联接件（61）和用于供应空气供应到所述曝气元件（1）的柔性软管（64）。
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