專利名稱：電容式分離器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于小容量系統(tǒng)的氣體、碳?xì)浠衔锖退嚯娙菔椒蛛x器。本發(fā)明目的是提供一種基于電容式感應(yīng)器的裝置，是為了對從微型試驗室或?qū)嶒炇乙?guī)模的加工廠和反應(yīng)堆的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)品中獲得的氣體、碳?xì)浠衔锖退M(jìn)行持續(xù)分離而設(shè)計的。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，已存在能夠?qū)μ細(xì)浠衔锖退M(jìn)行分離的工業(yè)系統(tǒng)。在遠(yuǎn)洋貨輪的油罐中， 在陸地上的倉儲期間，在管道中運輸過程中或作為化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，這兩種物質(zhì)的產(chǎn)生已經(jīng)十分常見，對其檢測已成為人們幾十年來的研究對象。通過電子機(jī)械裝置對它們進(jìn)行分離的必要性也更不尋常。但盡管如此，這已成為促使人們使用不同系統(tǒng)和在多種物理原則支持下的分離方法的一道難題。所有的做法都總是和它們的非互融性、流動性和利用萬有引力和離心力原則確定的密度差異性相關(guān)聯(lián)。在一些情況下，為了確定每種成分的液面高度，人們要測量它們的電容和電容率的數(shù)值，等等。測量儀器的體積、精確度和工作狀態(tài)下的壓力范圍都會設(shè)定一些在微型試驗室或?qū)嶒炇乙?guī)模的加工廠里使用這些系統(tǒng)時的關(guān)鍵性限制條件，在這些地方會檢測到系統(tǒng)大量死區(qū)容積(dead volume)，使得系統(tǒng)必須在高壓下運作。在公開號為ES2M9139的西班牙發(fā)明專利中公開了一種對液相和氣相兩相進(jìn)行分離的電容式感應(yīng)裝置。該裝置的缺點是只有一個獨立的探針，而且從一種氣相物質(zhì)中分離出一種液相物質(zhì)時，液面高度測量精確度也僅僅能夠達(dá)到100微米。聚焦當(dāng)前如前所述的總?cè)萘恐挥袔琢⒎嚼迕椎南到y(tǒng)應(yīng)用所能達(dá)到技術(shù)形勢，可以肯定的是，鑒于微型試驗室的設(shè)備或反應(yīng)堆在持續(xù)分離方面要求的設(shè)備體積規(guī)格，市場上不存在任何一種可以滿意地解決這一難題的氣態(tài)、碳?xì)浠衔锖退姆蛛x系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及的裝置是以三相物質(zhì)的不同電容和非互融性為基礎(chǔ)的。借助這些差異，可以確定每種成分的體積，然后精確地鑒別它們并進(jìn)行分離。另外，本發(fā)明涉及的分離器系統(tǒng)，可以得到穩(wěn)定的氣體流出量，降低系統(tǒng)的死區(qū)容積，并在高壓下(可達(dá)400bar)工作，這些在很大程度上保證了上述設(shè)備的正常運行。為此開發(fā)出了一種分離器裝置，包括存儲器，所述存儲器是金屬、合金或是任何導(dǎo)體材料制成，總?cè)莘e為3至20立方厘米，至少裝備有一個入口和三個出口，在存儲器中設(shè)有兩個與裝置其它部分保持電絕緣的探針，使得存儲器在400bar的壓力以下保持密閉。這些探針的封口使用絕緣材料制成的墊圈。這些探針中，一個探針負(fù)責(zé)測量碳?xì)浠衔锏母叨?，而另一個探針負(fù)責(zé)測量水面高度。這些探針與存儲器的內(nèi)壁一起構(gòu)成兩個電容器，存儲器內(nèi)部的液體作為電介質(zhì)。正如前面所描述的那樣，分離器裝置的運作是以要分離成分的電容為基礎(chǔ)的。為了測量所述電容，存儲器內(nèi)有兩個RC振蕩電路，用來測量由探針和存儲器內(nèi)壁構(gòu)成的電容器的電容變化。為此，第一個RC振蕩電路測量由碳?xì)浠衔锔叨葴y量探針與存儲器構(gòu)成的電容器的電容變化，并會生成與所測電容成比例的頻率信號。而第二個RC振蕩電路，與前者類似，測量由水面高度測量探針與存儲器內(nèi)壁構(gòu)成的電容器的電容變化，并會產(chǎn)生與所測電容成比例的頻率信號。與ES2249139發(fā)明專利中描述的感應(yīng)裝置不同的是，本發(fā)明涉及的裝置能夠使得從液態(tài)物質(zhì)中分離出氣態(tài)物質(zhì)成為可能，同時也能分離彼此具有非互融性的液態(tài)物質(zhì)，如水與碳?xì)浠衔铩Ｒ虼?，該裝置擁有兩個探針，碳?xì)浠衔锾结橀L度大于水位探針，發(fā)出的信號范圍也更廣，因為碳?xì)浠衔锏碾娙菀∮谒碾娙?。該裝置其它幾個區(qū)別特征基于一個事實，那就是發(fā)明涉及的裝置中，待分離液體的注入是通過位于兩種待分離液相物質(zhì)靜止?fàn)顟B(tài)下所達(dá)到的液面高度以下的一個開口完成的，這有助于可凝結(jié)成分的凝結(jié)。水位探針則通過存儲器一側(cè)裝入，是因為在發(fā)明涉及的裝置內(nèi)的固體殘留物與分離出的水一起從存儲器底部排出時，該探針的信號不會因固體殘留物不斷積累而受到影響。水位探針的這種安裝布局，避免了凝結(jié)后的液體滴在探針上而影響它發(fā)出的信號。同時，該裝置還有兩個參考RC振蕩電路同時并聯(lián)在與上述RC振蕩電路相同的溫度下工作。因此，有一個參考RC振蕩電路，并聯(lián)在與碳?xì)浠衔锔叨忍结樀恼袷庪娐废嗤臏囟认鹿ぷ鳎軌蜓a償因測量碳?xì)浠衔锔叨鹊腞C振蕩電路溫度變化造成的誤差。還有一個與前者類似的參考RC振蕩電路，并聯(lián)在與水位探針振蕩電路相同的溫度下工作，能夠補償因測量水位的RC振蕩電路的溫度變化造成的誤差。為了使分離器裝置能夠完成必要的測量工作，還有兩個電子測量裝置，一個負(fù)責(zé)測量碳?xì)浠衔锏母叨龋硪粋€負(fù)責(zé)測量水位高度。每個電子測量裝置都能將兩種頻率信號(一個是液面信號，另一個是熱量補償信號)轉(zhuǎn)變?yōu)槟鼙惶赜械拈喿x裝置(顯示屏)或控制裝置(控制器)識別的電子信號，這兩種裝置會作用于碳?xì)浠衔锖退南鄳?yīng)排出設(shè)備。作為附加設(shè)計，如果有必要的話，該裝置還能引入制冷系統(tǒng)，如以帕爾貼單體 (Peltier cell)為基礎(chǔ)的制冷系統(tǒng)。上述裝置能夠減少在高壓下工作的系統(tǒng)死區(qū)容積。


為了對上述說明進(jìn)行補充，以幫助更好地理解本發(fā)明的特點，按照該發(fā)明實際應(yīng)用中實施例，在此附上附圖作為說明的組成部分，所述附圖具有解說性和非限制性，分別代表如下內(nèi)容圖1為本發(fā)明涉及的分離器裝置相應(yīng)立面截面的示意圖。圖2為安裝后的本發(fā)明涉及的分離器裝置立面截面的示意圖。圖3為系統(tǒng)信號和控制元件的示意圖。
具體實施例方式對照上述附圖，下面將介紹本發(fā)明涉及的分離器裝置的優(yōu)先操作模式。
在優(yōu)選是金屬的主體1內(nèi)進(jìn)行一系列機(jī)械加工，在主體的內(nèi)部構(gòu)造一個復(fù)雜幾何形狀及容量約為10立方厘米的存儲器2，正如圖1所示，最好是不銹鋼制成，幾何形狀是長方體，帶有側(cè)孔方便安裝水位探針10。該存儲器2包括縱向打孔部分和斜向打孔部分。兩部分的直徑都為9毫米，并在液體入口 7處交匯。存儲器2是作為分離三相物質(zhì)、即兩種液相物質(zhì)(碳?xì)浠衔锱c水)和一種氣相物質(zhì)的熱電容器使用的。在存儲器的兩側(cè)安裝了兩個探針9、10。在存儲器2上的長方體實心部分1上打孔，這樣的結(jié)構(gòu)包括安裝測量碳水化合物探針9的螺紋上開口 3、安裝測量水位探針10的螺紋側(cè)開口 4、注入待分離液體的液體入口 7、和分別排出氣體、碳?xì)浠衔锖退娜齻€排出渠道5、6、8。對照圖2，主體1特殊的六面體結(jié)構(gòu)設(shè)置，使主體可以制冷，因此主體相當(dāng)于熱電容器，存儲器2相當(dāng)于液體-氣體分離器，在它的內(nèi)壁上，將通過液體入口 7注入其內(nèi)部并儲存下來的待分離成分，以最大的凝結(jié)點凝結(jié)，并在其底部回收液體。當(dāng)獲得不同密度的非互融性液態(tài)物質(zhì)混合物后，由碳?xì)浠衔锘旌衔?6組成的較輕部分會漂浮在較重部分(即這種情況下是水15)的上面。存儲器2的制冷通過帕爾貼單體(Peltier cell，未示出)完成，將該單體冷的那一面與存儲器2打孔實心部分1面積最大的那一面相接觸。為了降低該主體1、以及存儲器2的溫度，在存儲器內(nèi)，對帕爾貼單體的金屬板輸入電位差，就會在這些金屬板上產(chǎn)生約 30度的溫差(帕爾貼效應(yīng))。通過這種方式，其中一個金屬板(并未與主體1連接)溫度會升高，產(chǎn)生的熱量可通過使用吸熱器強制對流去除，以排放抽出的熱量。冷金屬板(與主體1連接)的溫度會降至_5°C，這樣可以在主體1內(nèi)獲得接近0°C的溫度，并由此實現(xiàn)分離成分在相同或高于這一溫度的凝結(jié)點下的凝結(jié)。然后，通過始于兩塊直徑3毫米、長度分別為175毫米和140毫米的不銹鋼實心部件，來建造水位探針10和碳?xì)浠衔锾结?。在這些部分上裝了特氟龍絕緣部件，即第一絕緣部件11和第二絕緣部件12，都是通過精密鉆(precision drill)從這種材料的圓柱體制作的。必備的接合件也是同樣，第一接合件13和第二接合件14，為了保證探針9、10 —旦裝入，存儲器2能保持密閉。碳?xì)浠衔锾结?底部從存儲器的頂部3引入進(jìn)存儲器2中， 水位探針10底部從傾斜區(qū)域的開口 4引入進(jìn)存儲器2中。兩個探針通過絕緣材料11、12 與存儲器2的內(nèi)壁保持電子絕緣，同時還能減少存儲器2死區(qū)容積。兩個探針9、10配有螺紋密閉系統(tǒng)和與多種化學(xué)物質(zhì)相容的高彈性墊圈，使存儲器2得以密閉。一旦需要，就可以密閉且與外部絕緣，甚至當(dāng)存儲器內(nèi)部氣壓達(dá)到400bar， 也能做到。接下來，按照圖3中反映的結(jié)構(gòu)安裝了 4個振蕩電路，每個都分別具備測量水的電容器33，測量碳?xì)浠衔锏碾娙萜?4，測水參考電容器M和測碳?xì)浠衔锏膮⒖茧娙萜?23，這樣就能獲得4個頻率信號。一個是與水位成比例的，即水位信號觀，另一個是水位參考信號27，在水位探針振蕩電路溫度變化產(chǎn)生偏差需要進(jìn)行補償時使用。第三個是與碳?xì)浠衔锔叨瘸杀壤?，即碳?xì)浠衔锏囊好娓叨刃盘?5。第四個，也是最后一個，是碳?xì)浠衔锔叨葏⒖夹盘?6，在碳?xì)浠衔镎袷庪娐窚囟茸兓a(chǎn)生偏差需要進(jìn)行補償時使用。碳?xì)浠衔锔叨葴y量模塊四接收發(fā)出的測量碳?xì)浠衔锔叨鹊膬蓚€信號25、26，以提供能被碳?xì)浠衔锱懦隹刂颇K31識別的4-20毫安的電子信號，該控制模塊會調(diào)控存儲器內(nèi)經(jīng)凝結(jié)的碳?xì)浠衔锏呐懦?。對水來說也是類似，水位測量模塊30會收到所發(fā)出的測量水位的兩個信號27、28，以提供能被排水控制模塊32識別的4-20毫安的電子信號，該控制模塊調(diào)控存儲器內(nèi)經(jīng)凝結(jié)的水的排出。 每個探針9、10的頂部與每個電容器23、24的導(dǎo)體21、22保持電連接。主體1屬于兩個探針9、10共有的，作為一個共有導(dǎo)體19使用。
權(quán)利要求
1.一種電容式分離裝置，其特征是包括主體(1)，包括螺紋上開口(3)，螺紋側(cè)開口 G)，用于注入待分離液體的液體入口(7) 和至少三個用來分別排出氣體、碳?xì)浠衔锖退呐懦銮?5、6、8)；設(shè)在主體(1)內(nèi)的存儲器⑵；第一振蕩電路，包括至少一個測量碳?xì)浠衔锏碾娙萜?34)，所述電容器(34)包括作為導(dǎo)體(19)的存儲器O)的內(nèi)壁，作為電介質(zhì)的碳?xì)浠衔?18)，和固定在螺紋上開口 (3)并深入存儲器O)內(nèi)部、作為碳?xì)浠衔餃y量導(dǎo)體的碳?xì)浠衔镆好嫣结?9)，所述探針(9)用來發(fā)出碳?xì)浠衔锔叨刃盘?5)；第二振蕩電路，包括至少一個測量水位的電容器(33)，所述電容器(33)包括作為導(dǎo)體 (19)的存儲器的內(nèi)壁，作為電介質(zhì)的水00)和固定在螺紋側(cè)開口(4)并深入存儲器 (2)內(nèi)部、作為水測量導(dǎo)體02)的水位探針(10)，用來發(fā)出水位信號08)；與第二振蕩電路并聯(lián)的第一參考振蕩電路，所述第一參考振蕩電路包括參考碳?xì)浠衔镫娙萜?23)，用來發(fā)出碳?xì)浠衔锔叨鹊膮⒖夹盘?6)；與第一振蕩電路并聯(lián)的第二參考振蕩電路，所述第二參考振蕩電路包括參考測水電容器(M)，用來發(fā)出水位的參考信號、2Τ)；水位測量模塊(30)，負(fù)責(zé)接收水位信號⑵’ 28)，并與排水控制模塊(3 連接，以作用于排水渠道⑶；以及碳?xì)浠衔锔叨葴y量模塊( )，負(fù)責(zé)接收碳?xì)浠衔锔叨刃盘?5，沈)，并與碳?xì)浠衔锱懦隹刂颇K(31)連接，以作用于碳?xì)浠衔锱懦銮?6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是進(jìn)一步包括對主體(1)的實心部分和存儲器(2)制冷的制冷系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征是該制冷系統(tǒng)包括至少一帕爾貼單體，所述帕爾貼單體冷的一面與主體(1)的實心部分接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是主體(1)的實心部分和探針(9，10)的材質(zhì)是從金屬、合金和導(dǎo)體材料中選出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征是所述探針(9，10)的金屬部分由不銹鋼制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征是所述探針(9，10)包括由絕緣材料制成的墊圈密閉件。
7.根據(jù)上述任何一項權(quán)利要求中所述的裝置作為碳?xì)浠衔?水的分離器裝置，使用于微型試驗室或?qū)嶒炇乙?guī)模的加工廠進(jìn)行持續(xù)分離的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于分離水、碳?xì)浠衔?、和氣體的裝置，基于物質(zhì)的電特性，即所述裝置利用了水和碳?xì)浠衔锏牟煌娙莸男再|(zhì)。
文檔編號G01F23/26GK102483343SQ201080037079
公開日2012年5月30日 申請日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月17日
發(fā)明者喬斯·普列托·柏蘭高, 孔蘇埃洛·戈韋爾納·塞爾瑪, 戴維·亞涅斯·維拉利 申請人:西班牙高等科研理事會