用于喷雾干燥的空气扩散器和包括金属成形的制造空气扩散器的方法与流程

本发明涉及一种用于喷雾干燥装置的空气扩散器(air disperser)，该空气扩散器包括多个部件，该多个部件包括形成界定在内径和外径内的空间的顶部、底部和外周向壁，并且具有空气入口、一组导流片和位于所述内径处的空气出口，该空气出口适合定位在雾化装置的供料出口之上。本发明还涉及一种用于改善喷雾干燥装置中干燥空气的流动的方法。

发明背景

通常，喷雾干燥可以以多种方式实现，并且对其应用的所有种类，喷雾干燥装置中的空气分配是一个最重要的部分。依据工厂设计(plant design)和要生产的产品类型，存在各种系统。空气扩散器的不同的设计或调节被使用于喷雾干燥器中，以获得大致直线的“推流式(plug-flow)”空气流或涡旋空气流。最常见的是空气扩散器置于喷雾干燥器顶板的顶部上，并且雾化设备放置在空气扩散器的中间处，因此确保了空气和雾化的微滴的最佳混合。

这样的空气扩散器被设置成多种尺寸并且传统地通过使用包括焊接部件的装配技术被制造，该部件通常被切割、被铸造、被压铸或通过弯折形成。因此，相对多数量的部件需要被处理并且被互相连接。这些部件包括布置在导流片构架中的一组导流片，该导流片构架进而被安装在形成为碗状结构的空间中，以在空气扩散器内部提供干燥空气的分配。包含这样的构架的现有技术空气扩散器的实施例是US 4,227,896(Niro)和WO 2007/071238A1(Niro)。导流片通常被焊接到空气扩散器的邻近部分或空气扩散器的部分。

虽然这些空气扩散器提供可靠的操作，但是制造空气扩散器的方式相对复杂且特别是由于装配带来一些劣势。除原料费用之外，制造每个具有特定的公差的各个部件以及随后包括焊接的装配必然带来模型构型的偏差以及从一个空气扩散器到其它的空气扩散器的偏差产生。进而，该偏差导致干燥空气流动中的变化。这在较小的喷雾干燥装置(其中空气扩散器的尺寸是小的)中并且在通过传统技术制造的装置中相对累积公差可以是相当大的情况下是尤其明显的。

发明概述

本发明的目标在于提供一种用于喷雾干燥装置的空气扩散器，其中制造和操作的状况被改善。

在第一方面，此目标和另外的目标通过在导言中提到的类型的空气扩散器的设置实现，该空气扩散器进一步的特征在于，所述部件中的至少一些通过精密金属成形形成。

本发明基于认识到通过空气扩散器的构型中的增加的准确度和可预测性实现产品质量的改善的可靠性，这是通过精密金属成形提供基本模块(base module)中的至少一些部分的结果，因此，干燥空气流动的偏向的趋势被减小，因此消除或至少降低源于不对称流动的产品沉积的风险，这进而又可以影响干燥的产品的质量。根据本发明的空气扩散器可以以高度的可预测性被制成，并且构型中的再现性带来了各个空气扩散器之间的变化显著低于包括大量部件的制造和装配的现有技术设备。与传统的制造和装配相比，这进而又抵消了精密金属成形所需的工具和机器上的较大的投入。通过本发明获得的优势在较小的喷雾干燥设备中是特别显著的。

文中使用的术语“空气扩散器”意为供应用在喷雾干燥器中的干燥气体的任何扩散器。技术人员应知道，当要被雾化的液体是水溶液时，空气常常被用作干燥气体，而当要被雾化的液体是非水溶液或必须避免产品的氧化时，更可能使用诸如氮气的惰性气体。相应地，术语“干燥空气”包括可以用在喷雾干燥工艺中的所有类型的干燥气体。另外，术语“喷雾干燥”应被解释成包括包含供料的干燥、冷却以及调节的任何工艺。

在一个优选的实施方案中，所述部件至少包括所述空间的底部和外壁，并且所述空间的底部和外壁由形成为双壁单元的基本模块提供，该基本模块包括下部部分和上部部分，并且其中下部部分和上部部分通过精密金属成形形成。

精密金属成形在原理上可以从致使可能获得所需的准确度以及因此获得改善的干燥空气流动的任何类型进行选择。在优选的实施方案的进一步开发中，下部部分和上部部分中的每个通过金属旋压(metal spinning)形成。

金属旋压通常不具有诸如深冲压或压制的其它金属成形技术的通用性。由于工艺的本质，金属旋压不能产生不规则的形状；然而对于钟形的、球形的以及管状的形式，金属旋压常常是高成本效率的。这并不是金属旋压的高的固定成本的结果，而是相对低的可变成本的结果。由于金属旋压的本质，生产完全地旋转对称的物体，这对于所讨论的目标是极其重要的。

下部部分和上部部分之间的连接在原理上可以任何合适的方式进行，但是在优选的开发方案中，通过由弯曲成合适的曲率的金属板形成的至少一个连接元件互相连接。连接元件因此用作空气扩散器的包封部分。

通过精密金属成形形成的其它部件可包括顶部，并且该顶部有利地由顶部板，可选地由两部分式的顶部板提供。顶部板在更优选的开发方案中通过金属旋压形成。

在第二方面，提供一种用于改善喷雾干燥装置中干燥空气流动的方法。

更多细节以及优势将从详细描述和所附权利要求呈现。

附图简述

下面，将通过优选的实施方案的以下描述并参考附图进一步详细描述本发明，在附图中：

图1示出了安装在喷雾干燥装置的顶板中的现有技术空气扩散器的局部透视且剖视的视图；

图2和图3示出了本发明第一实施方案中的空气扩散器的局部透视图以及剖视图；

图4是图2和图3中示出的空气扩散器的细节的透视图；

图5是第一实施方案的空气扩散器的顶部视图；

图6是图5的空气扩散器沿着线A-A的较大比例的剖视图；

图7是图6的部分B的更大比例的局部剖视图；以及

图8示出了根据本发明的空气扩散器的另一实施方案的概略剖面图。

本发明以及优选实施方案的详细描述

在图1中，示出了大致由1标示的现有技术喷雾干燥装置的顶部的相关部分。喷雾干燥装置1包括干燥室2，要被喷雾干燥的供料通过合适的雾化装置3在干燥室的顶部处被引到干燥室2，并且该要被喷雾干燥的供料在干燥室中通过经由大致由4标示的空气扩散器引入的干燥空气被置于可能涡旋的向下运动，该空气扩散器被安装在喷雾干燥装置的干燥室2的顶板处。喷雾干燥装置可例如形成喷雾干燥设备的部分，在该喷雾干燥设备中还有另外的部件，在该喷雾干燥设备中进行干燥过程以及与材料干燥相关联的其它过程。

现在参考图2至图10，根据本发明的由4标示的空气扩散器的第一实施方案将被更详细地描述。应注意，根据本发明的空气扩散器适合内置在其中的喷雾干燥装置的部分可对应于现有技术装置的那些部分，但也可在某些细节上变化。

空气扩散器4具有纵向轴线，该纵向轴线界定轴向方向和垂直于轴向方向延伸的径向方向。轴向方向y在图6中标示出。空气扩散器在示出的实施方案中经由单独的空气入口部分8连接到干燥空气或气体的供应处，并且具有通向界定在内径和外径内的空间45的空气入口81。如在图2中最清楚地示出的，空间45由顶部、底部和外周向壁限定。在示出的实施方案中，如将在下面进一步详细描述的，顶部由顶部板6提供，并且底部和外壁由基本模块5构造。一组导流片7被安置在空间45内。空气出口82存在于内径处，并且在安装情况下环绕雾化装置的诸如喷嘴或旋转雾化器的供料出口。

关于导流片7的构型的细节在申请人的与本申请同日的共同未决的申请中被描述。

在图2至图8中示出的实施方案中，基本模块5形成为双壁单元，其包括下部部分51和上部部分52，并且其中空间45的底部和外壁由上部部分52形成。如在图10的详细视图中最清楚示出的，空气扩散器设置有插入下部部分51和上部部分52之间的隔离材料53。

在示出的实施方案中的空气扩散器的基本模块5的外周处，下部部分51和上部部分52通过连接元件56互相连接。

特别是如在图8和图9中示出的，根据示出的实施方案的空气扩散器包括用于与基本模块5可释放的连接的隔离模块9。可选地，隔离模块9也可以与顶部板6连接。

在沿着基本模块的外周的一个点处，单独的空气入口部分8被连接到基本模块5。尽管没有详细示出，但是部分8包括用于供应干燥空气的管，并且该部分连接到至空间45的切向方向或径向方向上的空气入口81。

在图2至图11示出的实施方案中，导流片7设置有上部边缘，该上部边缘具有在内径处的高度小于在外径处的高度的弯曲的有角的形状。不过，其它形状是可能的。

在这个实施方案中，空间45的顶部被单独的顶部板6封闭。可选地是两部分顶部板的顶部板6通过合适的固定装置被连接到基本模块，此处被螺栓固定到基本模块5，但是至基本模块5的其它可释放的连接也是可能的。同样在这个实施方案中，顶部板6具有对应于导流片7的上部边缘的形状。朝向顶部板6的外边缘经由密封件57邻接基本模块5的上部部分52的阶梯部分。

无论顶部板的形状如何，它可形成在轴向方向y上的强制接合，以阻止由一组导流片和固定设备构成的构架的移动。

在图8中，大致由35标示的本身已知类型的多孔喷枪已被插入，以穿过空气扩散器在空气出口82处伸出。因此，雾化装置3在喷雾干燥装置的运行期间提供液体供料(没有示出)的雾化。

关于空气扩散器的部分的材料以及制造方式，导流片可以由任何合适的材料，例如由金属材料，通常由钢制成，并且通过激光切割形成。指示包括一组导流片和固定设备的构架中的位置的记号也可以通过激光切割被提供。可能的其它材料是其它金属材料或复合材料，但是聚合物和陶瓷材料可以使用诸如注射模制、压铸等制造技术被使用。

现在将具体参考基本模块5和顶部板6的实施方案详细描述根据本发明的空气扩散器的部件的制造。

如在上面描述的，根据本发明的空气扩散器包括多个部件，并且至少一些部件通过精密金属成形形成。精密金属成形需要对包括工具及机器的制造装备的投入。

在示出的实施方案中，部件至少包括空间45的底部和外壁，其中，空间45的底部和外壁由形成为双壁单元的基本模块5提供，该基本模块5包括下部部分51和上部部分52。空间45的底部和外壁由上部部分52形成，并且下部部分51和上部部分52均通过精密金属成形形成。

在此实施方案中，下部部分51和上部部分52中的每个通过金属旋压形成。可能的是至少形成两个部段的上部部分52，每个部段通过金属旋压形成并且随后例如通过焊接互相联接。

这样，金属旋压是用于从盘形的坯料获得对称的三维元件的已知的工艺。

实际上，从铝或不锈钢到高强度的、高温度的合金的任何可延展的金属可以被形成。形成的部件的直径和深度被可获得的装备的尺寸限定。旋压工艺自身是相对简单的。形成块被安装在机床的驱动部段中。预设定尺寸的金属盘随后通过压力垫被夹紧在块上，该压力垫被附接到尾架。块和工件随后一起高速旋转。然后，局部力被施加到工件，以使工件流过块。通常经由各种杠杆工具施加力。简单的工件仅从块中取出，但是更复杂的形状可以需要多个块。工件最终的直径通常小于起始的直径。旋压工具可以由硬化钢制成，以与铝或实心黄铜一起使用来旋压不锈钢或低碳钢。在成形工艺期间允许一些金属旋压工具在轴承上进行旋转。这样降低了工具的摩擦和发热，延长了工具的寿命并且提高了表面光洁度。旋转工具也可以涂覆有陶瓷的薄膜，以延长工具寿命。在CNC金属旋压操作期间一般使用旋转工具。工业上，安装在杠杆的端部上的辊通常被用于形成向下到手动旋压和CNC金属旋压两者中的心轴的材料。辊的直径和厚度依据预期用途而变化。辊越宽，旋压的表面越平滑；较薄的辊可以被用于形成较小的半径。金属切割通过手持式切割器进行，该手持式切割器常常附接有工具钢形成/磨尖的锉刀的一英尺长的空心杆。在CNC应用中，硬质合金钢或工具钢切割工具被使用。如在其它金属加工工艺中发现的，心轴不承受过多的力，所以原理上该心轴可以由任何材料制成，但是对于硬材料或大体积的使用，心轴通常由金属制成。

同样在示出的实施方案中，下部部分51和上部部分52通过至少一个连接元件56互相连接，该至少一个连接元件56可以形成为切割金属板，该切割金属板成型为适合的曲率。

通过精密金属旋压提供的其它部件包括在示出的实施方案中的顶部，并且该顶部由顶部板6提供，在没有示出的实施方案中该顶部板6是两部分的顶部板。同样的，顶部板6在这里通过金属旋压形成。

基本模块5的直径位于0.3m至3m，优选地位于0.5m至1.5m的范围中。

喷雾干燥装置的剩余部分没有示出，根据本发明的空气扩散器适合成内置在这些剩余部分中。这些部分可以例如对应于标示现有技术的图1中的那些部分。在根据本发明的空气扩散器的使用的具体领域中，基本模块的下部部分51适合成形成喷雾干燥装置的干燥室的顶板。

原理上，装配空气扩散器的方式可以被随意地选择，只要这些装配方式满足提出的需求。

本发明不应认为是限定于上面示出的和描述的实施方案，而可以进行特征的各种改进与组合而不脱离以下权利要求的范围。