专利名称：电容式分离器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于小容量系统的气体、碳氢化合物和水三相电容式分离器。本发明目的是提供一种基于电容式感应器的装置，是为了对从微型试验室或实验室规模的加工厂和反应堆的化学反应产品中获得的气体、碳氢化合物和水进行持续分离而设计的。
背景技术：
当前，已存在能够对碳氢化合物和水进行分离的工业系统。在远洋货轮的油罐中， 在陆地上的仓储期间，在管道中运输过程中或作为化学反应的结果，这两种物质的产生已经十分常见，对其检测已成为人们几十年来的研究对象。通过电子机械装置对它们进行分离的必要性也更不寻常。但尽管如此，这已成为促使人们使用不同系统和在多种物理原则支持下的分离方法的一道难题。所有的做法都总是和它们的非互融性、流动性和利用万有引力和离心力原则确定的密度差异性相关联。在一些情况下，为了确定每种成分的液面高度，人们要测量它们的电容和电容率的数值，等等。测量仪器的体积、精确度和工作状态下的压力范围都会设定一些在微型试验室或实验室规模的加工厂里使用这些系统时的关键性限制条件，在这些地方会检测到系统大量死区容积(dead volume)，使得系统必须在高压下运作。在公开号为ES2M9139的西班牙发明专利中公开了一种对液相和气相两相进行分离的电容式感应装置。该装置的缺点是只有一个独立的探针，而且从一种气相物质中分离出一种液相物质时，液面高度测量精确度也仅仅能够达到100微米。聚焦当前如前所述的总容量只有几立方厘米的系统应用所能达到技术形势，可以肯定的是，鉴于微型试验室的设备或反应堆在持续分离方面要求的设备体积规格，市场上不存在任何一种可以满意地解决这一难题的气态、碳氢化合物和水的分离系统。
发明内容
本发明涉及的装置是以三相物质的不同电容和非互融性为基础的。借助这些差异，可以确定每种成分的体积，然后精确地鉴别它们并进行分离。另外，本发明涉及的分离器系统，可以得到稳定的气体流出量，降低系统的死区容积，并在高压下(可达400bar)工作，这些在很大程度上保证了上述设备的正常运行。为此开发出了一种分离器装置，包括存储器，所述存储器是金属、合金或是任何导体材料制成，总容积为3至20立方厘米，至少装备有一个入口和三个出口，在存储器中设有两个与装置其它部分保持电绝缘的探针，使得存储器在400bar的压力以下保持密闭。这些探针的封口使用绝缘材料制成的垫圈。这些探针中，一个探针负责测量碳氢化合物的高度，而另一个探针负责测量水面高度。这些探针与存储器的内壁一起构成两个电容器，存储器内部的液体作为电介质。正如前面所描述的那样，分离器装置的运作是以要分离成分的电容为基础的。为了测量所述电容，存储器内有两个RC振荡电路，用来测量由探针和存储器内壁构成的电容器的电容变化。为此，第一个RC振荡电路测量由碳氢化合物高度测量探针与存储器构成的电容器的电容变化，并会生成与所测电容成比例的频率信号。而第二个RC振荡电路，与前者类似，测量由水面高度测量探针与存储器内壁构成的电容器的电容变化，并会产生与所测电容成比例的频率信号。与ES2249139发明专利中描述的感应装置不同的是，本发明涉及的装置能够使得从液态物质中分离出气态物质成为可能，同时也能分离彼此具有非互融性的液态物质，如水与碳氢化合物。因此，该装置拥有两个探针，碳氢化合物探针长度大于水位探针，发出的信号范围也更广，因为碳氢化合物的电容要小于水的电容。该装置其它几个区别特征基于一个事实，那就是发明涉及的装置中，待分离液体的注入是通过位于两种待分离液相物质静止状态下所达到的液面高度以下的一个开口完成的，这有助于可凝结成分的凝结。水位探针则通过存储器一侧装入，是因为在发明涉及的装置内的固体残留物与分离出的水一起从存储器底部排出时，该探针的信号不会因固体残留物不断积累而受到影响。水位探针的这种安装布局，避免了凝结后的液体滴在探针上而影响它发出的信号。同时，该装置还有两个参考RC振荡电路同时并联在与上述RC振荡电路相同的温度下工作。因此，有一个参考RC振荡电路，并联在与碳氢化合物高度探针的振荡电路相同的温度下工作，能够补偿因测量碳氢化合物高度的RC振荡电路温度变化造成的误差。还有一个与前者类似的参考RC振荡电路，并联在与水位探针振荡电路相同的温度下工作，能够补偿因测量水位的RC振荡电路的温度变化造成的误差。为了使分离器装置能够完成必要的测量工作，还有两个电子测量装置，一个负责测量碳氢化合物的高度，另一个负责测量水位高度。每个电子测量装置都能将两种频率信号(一个是液面信号，另一个是热量补偿信号)转变为能被特有的阅读装置(显示屏)或控制装置(控制器)识别的电子信号，这两种装置会作用于碳氢化合物和水的相应排出设备。作为附加设计，如果有必要的话，该装置还能引入制冷系统，如以帕尔贴单体 (Peltier cell)为基础的制冷系统。上述装置能够减少在高压下工作的系统死区容积。
为了对上述说明进行补充，以帮助更好地理解本发明的特点，按照该发明实际应用中实施例，在此附上附图作为说明的组成部分，所述附图具有解说性和非限制性，分别代表如下内容图1为本发明涉及的分离器装置相应立面截面的示意图。图2为安装后的本发明涉及的分离器装置立面截面的示意图。图3为系统信号和控制元件的示意图。
具体实施例方式对照上述附图，下面将介绍本发明涉及的分离器装置的优先操作模式。
在优选是金属的主体1内进行一系列机械加工，在主体的内部构造一个复杂几何形状及容量约为10立方厘米的存储器2，正如图1所示，最好是不锈钢制成，几何形状是长方体，带有侧孔方便安装水位探针10。该存储器2包括纵向打孔部分和斜向打孔部分。两部分的直径都为9毫米，并在液体入口 7处交汇。存储器2是作为分离三相物质、即两种液相物质(碳氢化合物与水)和一种气相物质的热电容器使用的。在存储器的两侧安装了两个探针9、10。在存储器2上的长方体实心部分1上打孔，这样的结构包括安装测量碳水化合物探针9的螺纹上开口 3、安装测量水位探针10的螺纹侧开口 4、注入待分离液体的液体入口 7、和分别排出气体、碳氢化合物和水的三个排出渠道5、6、8。对照图2，主体1特殊的六面体结构设置，使主体可以制冷，因此主体相当于热电容器，存储器2相当于液体-气体分离器，在它的内壁上，将通过液体入口 7注入其内部并储存下来的待分离成分，以最大的凝结点凝结，并在其底部回收液体。当获得不同密度的非互融性液态物质混合物后，由碳氢化合物混合物16组成的较轻部分会漂浮在较重部分(即这种情况下是水15)的上面。存储器2的制冷通过帕尔贴单体(Peltier cell，未示出)完成，将该单体冷的那一面与存储器2打孔实心部分1面积最大的那一面相接触。为了降低该主体1、以及存储器2的温度，在存储器内，对帕尔贴单体的金属板输入电位差，就会在这些金属板上产生约 30度的温差(帕尔贴效应)。通过这种方式，其中一个金属板(并未与主体1连接)温度会升高，产生的热量可通过使用吸热器强制对流去除，以排放抽出的热量。冷金属板(与主体1连接)的温度会降至_5°C，这样可以在主体1内获得接近0°C的温度，并由此实现分离成分在相同或高于这一温度的凝结点下的凝结。然后，通过始于两块直径3毫米、长度分别为175毫米和140毫米的不锈钢实心部件，来建造水位探针10和碳氢化合物探针9。在这些部分上装了特氟龙绝缘部件，即第一绝缘部件11和第二绝缘部件12，都是通过精密钻(precision drill)从这种材料的圆柱体制作的。必备的接合件也是同样，第一接合件13和第二接合件14，为了保证探针9、10 —旦装入，存储器2能保持密闭。碳氢化合物探针9底部从存储器的顶部3引入进存储器2中， 水位探针10底部从倾斜区域的开口 4引入进存储器2中。两个探针通过绝缘材料11、12 与存储器2的内壁保持电子绝缘，同时还能减少存储器2死区容积。两个探针9、10配有螺纹密闭系统和与多种化学物质相容的高弹性垫圈，使存储器2得以密闭。一旦需要，就可以密闭且与外部绝缘，甚至当存储器内部气压达到400bar， 也能做到。接下来，按照图3中反映的结构安装了 4个振荡电路，每个都分别具备测量水的电容器33，测量碳氢化合物的电容器34，测水参考电容器M和测碳氢化合物的参考电容器 23，这样就能获得4个频率信号。一个是与水位成比例的，即水位信号观，另一个是水位参考信号27，在水位探针振荡电路温度变化产生偏差需要进行补偿时使用。第三个是与碳氢化合物高度成比例的，即碳氢化合物的液面高度信号25。第四个，也是最后一个，是碳氢化合物高度参考信号26，在碳氢化合物振荡电路温度变化产生偏差需要进行补偿时使用。碳氢化合物高度测量�？樗慕邮辗⒊龅牟饬刻记饣衔锔叨鹊牧礁鲂藕�25、26，以提供能被碳氢化合物排出控制�？�31识别的4-20毫安的电子信号，该控制�？榛岬骺卮娲⑵髂诰岬奶记饣衔锏呐懦�。对水来说也是类似，水位测量�？�30会收到所发出的测量水位的两个信号27、28，以提供能被排水控制�？�32识别的4-20毫安的电子信号，该控制�？榈骺卮娲⑵髂诰岬乃呐懦�。 每个探针9、10的顶部与每个电容器23、24的导体21、22保持电连接。主体1属于两个探针9、10共有的，作为一个共有导体19使用。
权利要求
1.一种电容式分离装置，其特征是包括主体(1)，包括螺纹上开口(3)，螺纹侧开口 G)，用于注入待分离液体的液体入口(7) 和至少三个用来分别排出气体、碳氢化合物和水的排出渠道(5、6、8)；设在主体(1)内的存储器⑵；第一振荡电路，包括至少一个测量碳氢化合物的电容器(34)，所述电容器(34)包括作为导体(19)的存储器O)的内壁，作为电介质的碳氢化合物(18)，和固定在螺纹上开口 (3)并深入存储器O)内部、作为碳氢化合物测量导体的碳氢化合物液面探针(9)，所述探针(9)用来发出碳氢化合物高度信号05)；第二振荡电路，包括至少一个测量水位的电容器(33)，所述电容器(33)包括作为导体 (19)的存储器的内壁，作为电介质的水00)和固定在螺纹侧开口(4)并深入存储器 (2)内部、作为水测量导体02)的水位探针(10)，用来发出水位信号08)；与第二振荡电路并联的第一参考振荡电路，所述第一参考振荡电路包括参考碳氢化合物电容器(23)，用来发出碳氢化合物高度的参考信号06)；与第一振荡电路并联的第二参考振荡电路，所述第二参考振荡电路包括参考测水电容器(M)，用来发出水位的参考信号、2Τ)；水位测量�？�(30)，负责接收水位信号⑵’ 28)，并与排水控制�？�(3 连接，以作用于排水渠道⑶；以及碳氢化合物高度测量�？�( )，负责接收碳氢化合物高度信号05，沈)，并与碳氢化合物排出控制�？�(31)连接，以作用于碳氢化合物排出渠道(6)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是进一步包括对主体(1)的实心部分和存储器(2)制冷的制冷系统。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征是该制冷系统包括至少一帕尔贴单体，所述帕尔贴单体冷的一面与主体(1)的实心部分接触。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征是主体(1)的实心部分和探针(9，10)的材质是从金属、合金和导体材料中选出。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征是所述探针(9，10)的金属部分由不锈钢制成。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征是所述探针(9，10)包括由绝缘材料制成的垫圈密闭件。
7.根据上述任何一项权利要求中所述的装置作为碳氢化合物/水的分离器装置，使用于微型试验室或实验室规模的加工厂进行持续分离的用途。
全文摘要
本发明涉及一种用于分离水、碳氢化合物、和气体的装置，基于物质的电特性，即所述装置利用了水和碳氢化合物的不同电容的性质。
文档编号G01F23/26GK102483343SQ201080037079
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月17日 优先权日2009年8月17日
发明者乔斯·普列托·柏兰高, 孔苏埃洛·戈韦尔纳·塞尔玛, 戴维·亚涅斯·维拉利 申请人:西班牙高等科研理事会
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