从液体中分离空气的系统和方法与流程

本发明涉及一种从液体中分离空气的系统和方法。更特别地，本发明涉及一种将液体分离成含气部分和无气部分的系统和方法。再具体地，本发明涉及一种将油中的气泡分离成含气部分和无气部分的方法。本发明还涉及一种测量液体中的气体颗粒含量的方法。

背景技术：

分离液体在许多行业中都很重要，尤其是在以下情况下至关重要：所述液体具有合适的特性以用于进一步处理，例如用于关键设备中或测量过程中。例如，液体可以包括某些设备或某些测量过程中不需要的成分。如此，需要能够分离该液体，使得可以在液体进一步处理之前将这些成分与液体的其余部分分离或使这些成分在液体的其余部分中最小化。

例如，在冷却剂、润滑剂及液压系统、发动机油、血液(血液样本)、和碳酸饮料中，以及在针对某些用途可能不需要气体的情况下，例如，在锅炉和敏感的实验室设备中，去除气体/除气是至关重要的，在冷却剂中，气体会使热交换劣化，在润滑剂及液压系统中，气体会使性能劣化，在发动机油中，气体会影响测量质量和性能，在血液(血液样本)中，气体也会使测量质量和性能劣化，在碳酸饮料中，在添加二氧化碳和水之前需要去除气体。

在发动机领域中，需要监测油的状况。特别地，需要监测油中的颗粒量，例如磨损颗粒量。然而，由于发动机中的多种情况而导致的油中气泡的存在，虽然在这种情况下这种气泡不会影响油的质量，但是可能干扰读数。因此，需要在颗粒测量之前分离或使油中的气泡量最小化。在其他情况下，气泡确实可能会影响油的质量和后续处理的运行，因此，需要去除油中的这种气泡/使油中的这种气泡最小化。

现有技术建议通过向油施加压力的方式来使油中的气泡量最小化，从而最小化/减小气泡的尺寸，因而不会导致问题或干扰测量。根据这种方法，通过布置在贮存器和通道之间的泵来对油加压，油在通道中经历压力增加。由于压力增加，油中的气泡被最小化到不影响后续测量过程的读数的程度。因此，测量设备将被布置在通道的下游。然而，该方法存在若干问题。首先，液体中存在的气泡本身没有被去除，而是被最小化到一定程度，其中尺寸的减小由泵下游的通道中所施加的压力决定。其次，由于所述气泡本身没有被去除，因此如果有人要求使用不含气体的油，则不能在后期使用这种油。

根据其他现有技术，可以通过重力/浮力来减少液体中存在的气泡量，其中在大多数情况下，由于液体比气体重，气泡将随着时间的流逝而从液体逸出。但是，这些方法麻烦且耗时，因此在某些技术领域中是不期望的。

技术实现要素：

本发明的目的是解决上述问题中的一些。根据本发明，提出一种从液体中分离气体的系统。该系统包括压力腔室，所述压力腔室包括入口，液体通过入口被泵送到所述腔室中，并且其中所述压力腔室进一步包括连接到所述压力腔室上部并包括第一阀元件的第一液体出口和连接到所述压力腔室的下部并包括第二阀元件的第二液体出口。所述第一阀元件和第二阀元件适于控制所述压力腔室内部的压力，从而在压力下，所述压力内部的液体的子部分分别从第一液体出口和第二液体出口流出，并且其中气体含量的主要部分在流过第一液体出口的子部分中。

从液体中分离气体的系统可以是指能够在分离过程后将包含气体的多数/主要部分的液体的第一子部分与基本无气体或仅包含少数部分气体的第二子部分分离的系统。在大多数情况下，气体是空气，即大气，但也可以是在系统的不同过程期间形成的其他类型的气体。

压力腔室是指能够保持腔室周围的环境压力之上的一定压力并且在某些实施例中，也能够在腔室内形成压力的腔室。例如，压力腔室可以保持在1bar(巴)至50bar之间的压力。压力腔室可以被认为是容器。因此，压力腔室可以包括四个壁以及与四个壁正交的顶部和底部。然而，腔室也可以采用不同的几何形状，诸如仅具有单个弯曲的侧壁以及与侧壁正交的顶部和底部的圆柱形腔室，也可以是本发明的实施例。可以调整压力腔室的内部容积以适应系统的用途，即在给定的时间跨度内需要分离的液体量。液体通过其被泵送到压力腔室的入口是指与贮液器连通的入口，贮液器即气体溶解或与液体混合的储液器或者在压力腔室内被加压之前容纳含有气体的液体的储液器。例如，贮液器可以是发动机、液体容器、锅炉、冷却剂容器等。入口可以设置有泵，使得加压通过入口进行，或者泵可以设置在入口的上游，即在贮液器和入口之间。在本发明的其他实施例中，不设置泵，并且在系统中更早地形成压力或通过在系统内发生气体分离之前液体经受的处理来提供压力。

连接到压力腔室上部的第一液体出口是指第一液体出口相对于连接到压力腔室下部的第二液体出口布置在更高的位置，其中第二出口相对于重力布置在第一出口下方，即物体(例如液体)倾向于沿从第一出口朝着第二出口的方向下落。相对位置在操作步骤中是真实的，操作过程即系统正在运行，即分离液体。

第一液体出口包括第一阀元件，而第二液体出口包括第二阀元件。阀元件适于控制压力腔室内部的压力。在整个该文件中，阀元件是指限制通过第一出口和第二出口的流量的所有类型的元件，从而入口流量与出口流量组合以提供压力腔室内部的压力。阀元件可以是主动阀元件或被动阀元件。被动阀元件是允许特定的流量通过出口的静态阀并且只有通过在出口使用不同的静态阀，才能获得不同的流量。例如，静态阀的示例可以是通过具有有限出口或缩小尺寸的出口开口、孔口，或者它可以是静态弹簧阀。主动阀元件是可以通过机械杠杆或通过位于阀上或经由通信单元的电子控制系统来调节功能的阀。被动阀元件可以有利地用于系统正用于具有静态特性的液体因而在使用期间不需要调节第一出口流量和第二出口流量的情况中。

在具体的实施例中，来自压力腔室上部的第一液体出口的流量可以是流出腔室的总流量的1/3，并且来自压力腔室下部的第二出口的流量将是总流出流量的2/3。在另一实施例中，来自压力腔室上部的第一液体出口的流量可以是流出腔室的总流量的40％，并且来自压力腔室下部的第二出口的流量将是总流出流量的60％。

阀元件也可以是可以被操作的主动阀元件，从而流出量是可调节的。通过操作阀元件，即打开/关闭阀，可以形成或释放压力。优选地，可以逐渐地打开/关闭阀，从而有助于更高程度的控制。因此，当关闭时，如果通过入口从贮液器供应液体，则压力腔室内可以形成压力。在操作期间可以打开阀以允许液体逸出压力腔室。根据系统的配置，在压力腔室内产生的超压可以保持在压力腔室的下游，或者压力可以与周围环境，例如与贮液器相等。

由于液体在压力腔室内被加压，因此所述液体将分离成两个子部分；第一子部分将通过第一液体出口逸出压力腔室，第二子部分将通过第二液体出口逸出压力腔室。根据本发明，由于液体的加压性质，即液体在腔室内承受比进入腔室之前更高的压力，因此液体中的气体含量的主要部分包含在通过第一液体出口逸出的第一子部分中。具体地，由于液体中存在气体，因此经分离的容纳所述气体的液体的第一子部分的密度将小于经分离的基本无气体的液体的第二子部分的密度。因此，由于重力，第一子部分将相对于更重的第二子部分上升。

从而，具有一定气体含量的液体将以快速且容易的方式分离成两个子部分，其中第一子部分包括气体含量的主要部分，而第二子部分包括基本无气的液体。压力腔室内的加压减少了实现这种分离所花费的时间。进一步，阀和出口的设置允许控制分离过程，并且进一步允许具有气体含量的主要部分的液体的排出和基本无气的液体的排出。进一步，阀的设置允许连续处理，使得系统可以并入运行的过程中，例如运行的发动机。

有助于在压力腔室内部进行上述分离的腔室内部的压力取决于待分离的液体并且可以在1bar至50bar之间。

此外，压力的增加也使液体中气体的溶解度增加。这意味着存在于液体中的小气泡将并入油中，而不是保持为气泡，即液体中的局部气体腔。一旦气体中的元素并入液体中，它们就不再在测量设备中引起假阳性，因为它们与其余的液体没区别，因此不像颗粒。这导致小气泡消失并且具有少数气体的液体的子部分包含甚至更少的气体，或者，基本上不包含气体的子部分相对于包含多数气体的子部分变成更大部分。

进一步，由于分离过程的目标不是使液体排气，而是将液体分成两个子部分，两个子部分中的一个包括气体的主要部分，因此该过程可以比常规过程进行得更快。因此，分离过程的输出是初始的包含气体的液体的两个子部分。因此，可以有区别地处理两个子部分。例如，不包含气体的液体可以经受某些测量或处理，而包含气体含量的主要部分的液体在测量/处理期间可以被忽略并且随后与不包含气体的液体混合或被彻底去掉。包含气体的液体并不是不如基本不包含气体的子部分干净，它只是具有更多的分散于其中的气体腔。因此，包含气体的液体可以用在液体包含气泡不造成问题的系统中。本发明可以用在液体的两个子部分在它们再次合并之前分别用于不止是测量液体状态的系统中。在其他实施例中，一旦已经进行测量，液体的两个子部分将合并。在其他实施例中，液体的两个子部分在所描述的系统内被分离之后将在任何时候都不会合并。

在实施例中，第一阀元件和第二阀元件确保所述压力腔室内部的压力在1bar至50bar之间。通过具有这样的压力，气体含量有效地分离。

在实施例中，来自所述第一液体出口和第二液体出口的总流量为100％，并且其中第一阀元件确保通过所述第一液体出口流出的液体低于50％，优选低于40％并且更优选地低于33％。测试表明，压力腔室上部的具有气体含量的液体将流过第一液体出口。

在实施例中，第一阀元件和第二阀元件是被动阀。因此，获得针对特定用途而预先设计的系统并且不必维护系统。

在实施例中，位于上部第一出口处的被动阀元件是缩小尺寸的出口开口，并且位于下部第二出口处的被动阀元件是静态弹簧阀。当使用从为油的液体中去除气体的系统时，这被证明是特别好的设置。

在实施例中，系统进一步包括测量液体特性的测量设备，其中所述测量设备位于第二液体出口处。因此，测量设备测量没有气体含量或没有显著的气体含量的液体，从而确保更正确的测量。

在实施例中，所述第二阀元件位于所述测量设备之后。这确保直到测量之后才获得压力，从而避免在测量之前重新引入气体的风险。

在实施例中，在已经经过所述测量设备之后，来自第一液体出口的液体和来自第二液体出口的液体在交叉点合并。然后所有的液体可以再次混合并且用于它的用途。

在实施例中，所述液体在所述压力腔室的上部被泵送到腔室中。实验证明，腔室中的液体从而可以有效地分成具有气体的上部和没有气体的下部。

在实施例中，所述压力腔室成形为细长圆柱体并且在实施例中，过滤器位于所述腔室的所述入口处。

本发明进一步涉及从液体中分离气体的方法并且更具体地涉及测量液体中颗粒含量的方法，其中测量是对已经分离出气体的液体执行。

附图说明

在下文中，描述了根据本发明的示例实施例，其中，

图1a示出与用于测量液体特性的测量设置连接的根据本发明的系统，

图1b示出与用于测量液体特性的测量设置连接的根据本发明的系统的实施例，

图2示出系统的组件的示例，

图3示出图2所示的组件以及测量设置。

具体实施方式

在下文中，通过本发明的实施例来详细描述本发明，这些实施例不应被认为是对本发明的范围的限制。

图1a和图1b示出执行将液体110分离成两个子部分111、112的方法的系统100。系统100包括：压力腔室103，压力腔室103中可以包含处于升高的压力的液体110，或者液体110的压力在压力腔室103中可以升高。腔室103具有入口104和两个出口101、102。入口104从贮液器109接收液体110，例如，在液体是油并且油是发动机的润滑系统的一部分的情况下，贮液器109为发动机。贮液器109也可以是液体经过的过滤器。在任何情况下，贮液器109可以是有助于供应液体的任何装置。

在图1a所示的实施例中，在入口104的上游，即在进入压力腔室103之前，布置泵105。泵105同样可以布置在入口104处。泵105向液体110施加压力，使得所述液体110在压力腔室103内被加压，即与贮液器109中的压力相比，压力升高。可以控制泵105的泵送速度，使得压力腔室103内的压力可以控制，例如，增加泵105的速度将增加对压力腔室103内的液体的压力。压力腔室103可以被认为是具有界限壁的容器。压力腔室103可以采用任何适当的形状。

在图1b所示的系统100的实施例中，在入口104的上游不存在泵。在系统100的本实施例中，液体110进入压力腔室103的流动是由系统100外部的条件引起。例如，贮液器109可以是马达，并且该马达中的油的流动可以引导油通过入口104进入压力腔室103中。可选地，液体110进入压力腔室103的流动是由贮液器110中液体的增加引起。在该系统的另一情况中，一个或多个泵放置在所公开的系统之前，驱动液体110通过入口104流入压力腔室103。液体进入压力腔室103的流动也可以是由诸如重力的自然力引起。不管液体通过入口104流入压力腔室103的原因是什么，将在压力腔室103的内部形成压力并且确保液体110分成两个子部分111和112。

压力腔室103包括两个出口和两个阀；第一出口101设置有第一阀101’，而第二出口102设置有第二阀102’。第一出口101布置在压力腔室103的上部，而第二出口102布置在压力腔室103的下部。这里术语“上”和“下”是指它们的相对方位和它们相对于重力的方位。因此，物体将倾向于沿从上部朝着下部的方向下落。当前情况中的物体是液体110，使得气体(未示出)将由于其在这种液体110内的浮力/密度而倾向于朝着上部并且因而朝着第一出口101上升。同样地，液体110将倾向于朝着下部并且因而朝着第二出口102下落。

阀101’、102’的设置允许控制压力腔室103内的压力，同时允许液体通过系统100连续流动。因此，可以在连续过程中分离液体110，使得系统100可以并入运行的设备中，例如运行的发动机。

在整个该文件中，阀元件是指限制通过第一出口和第二出口的流量的所有类型的元件，从而入口流量与出口流量组合在压力腔室内部提供压力。阀元件可以是主动阀元件或被动阀元件。被动阀元件是允许特定的流量通过出口的静态阀并且只有通过在出口使用不同的静态阀，才能获得不同的流量。例如，静态阀的示例可以是通过具有有限的出口或缩小的出口开口、孔口，或者它可以是静态弹簧阀。主动阀元件是阀功能可以通过机械杠杆或者通过位于阀上或经由通信单元的电子控制系统来调节的阀。被动阀元件可以有利地用于系统正被用于具有静态特性的液体，因而在使用期间不需要调节第一出口流量和第二出口流量的情况中。

在实施例中，位于第一出口和第二出口两者处的阀元件是被动阀元件。更具体地，位于上部第一出口处的被动阀元件是缩小的出口开口，并且位于下部第二出口处的被动阀元件是静态弹簧阀。

由于液体110在压力腔室103内被加压，因此加快了气泡上升和液体下落的趋势。由此，产生相变：在压力腔室103的上部中，发展成液体110的第一子部分111，而在压力腔室的下部中，发展成液体110的第二子部分112。第一子部分111的特征在于包括在分离之前液体110中包含的气体的主要部分，而液体110的第二子部分112的特征在于包括不包含气体或气体量显著减少的液体。由于这些原因，第一子部件111具有比第二子部件112更低的密度(由于更高的气体含量)。此外，由于在较高的压力下更多的气体可以溶解在液体中，例如气体的元素，例如氮和氧，变成液体溶液的一部分，而仍处于气相的元素的腔(pocket)减少，因此压力腔室103内增加的压力将导致液体中的气泡量整体减少。可以说，当经受增加的压力时，较小的气泡进入液体。

因此，注意到，根据本发明的系统100中的液体110的分离的目的不在于从液体110中提取气体(排气)，而是将气体的主要部分包含在液体100的第一子部分111中，使得第二子部分112基本上不包含气体。子部分111、112中的每一个的体积可以通过控制压力腔室103内的压力来控制。

分离之后，第一子部分111和第二子部分112可以通过不同的过程。例如，在某些实施例中，第二子部分112可以通过测量设备120，而第一子部分111由于其高气体含量而不被测量，其在这种测量设备120中可能是不期望的。因此，液体110可以如同不存在气体一样被评估，因为这些气体包含在第一子部分111中。由于液体的两个子部分111、112同样清洁或肮脏，而唯一的区别是存在的气泡量，因此仅第二子部分112的测量将给出系统100中液体整体状态的质量的可靠评估。

液体的两个子部分111、112在分开时，例如如果存在对气泡敏感但需要液体的设备，例如作为润滑剂或为避免存在气体，可以经受进一步的过程。也可以在对第二子部分112执行测量之后，使液体的第一子部分111和第二子部分112合并，其中在将经合并的液体用于任何进一步的处理之前对第二子部分112执行测量。在其他用途中，如果系统100的下游设备对气泡的存在敏感，则可以将第一子部分111一起丢弃。

在某些情况下，贮液器109中气体的存在可能不重要，但是在没有气体的存在的情况下测量液体110的状态/质量可能很重要。在发动机中可以找到这种情况，其中液体110是油：油中气体的存在不一定损坏发动机的运行，但是测量设备120可能将气体混淆为颗粒，由于这将导致液体110状态的错误评估，因此确实可能造成损坏。因此，需要能够在这样的测量过程之前从油分离气体。所供应的油可能已经通过颗粒过滤器，从而分离系统100允许通过测量颗粒量来评估所述过滤器的质量—没有气泡干扰测量设备120的风险。在图1a和图1b所示的实施例中，也存在测量设备，第二出口处的阀102’位于测量设备之后，以确保在测量期间保持压力，从而直到测量设备确保精确的测量之后才引入空气。由于阀101’、102’的设置，系统100可以并入到运行的发动机中，从而允许连续分离，并从而评估油/液110的状态。测量过程之后，两个子部分111、112可以在再次流入贮液器109之前在交叉点121处混合。通过该过程，可能无法在测量设备之前去除所有空气，但至少确保去除了大部分空气，从而空气不会被测量设备例如作为颗粒测量，或由于将不会有大量气泡显著干扰测量而至少减少空气的影响。

在其他情况下，可能需要去掉第一子部分111，使得仅进一步处理第二子部件112。例如，这在不希望气体存在的热水锅炉中或在添加二氧化碳之前不希望存在气体的碳酸饮料中可能是有意义的。在这种情况下，可能需要尽可能减小第一子部分111的体积，以避免大量的资源浪费。由于根据本发明的系统100的配置，可以通过阀101’、102’和泵105的泵送速度，借助于压力腔室103内的压力来控制子部分的体积。减小包含气体的主要部分的第一子部分111的体积，可以去掉所述子部分而不造成大量浪费，同时连续地进行该过程，使得基本不含气体的第二部分112可以进一步处理，例如将二氧化碳添加到饮料或使不包含气体的水在热水锅炉中循环。

图2示出系统的组件的示例，其中压力腔室103被示出为圆柱形容器。出于说明的目的，容器的壁是透明的。容器可以例如由诸如钢的金属或适合压力容器的任何其他材料制成。在图示中，容器成形为圆柱体，但也可以选择其他形状。主要地，腔室需要能够获得压力并且连接到两个出口101、102和至少单个入口104。在图示中，液体入口104位于容器的顶部并且液体可以经由入口泵送到容器中。在其他实施例中，液体入口可以位于可选位置，例如，在容器103的侧面。将液体泵送到压力腔室中的装置可以被放置成与实际的液体入口104连接，但是也可以位于入口之前的某处，从而可以将液体移动到压力腔室中。在一些实施例中，系统将不包括将液体泵送到压力腔室103中的装置。在这样的实施例中，液体通过液体入口104的流动将由外部装置，例如通过使用重力来供应，只要在压力腔室103内部形成压力。

液体出口101和102都配备有阀101’和102’，并且这些阀可以单独控制。阀可以被放置成与压力腔室的出口连接，但是它们也可以位于远离腔室的出口的不同位置处，只要它们可以用于通过对入口流量和出口流量的组合控制来控制压力腔室内部的压力。在图上可以看出，由于出于说明目的壁是透明的，因此示出液体在容器内部并且将空气含量/气泡示出为液体中的黑点。在图示中，压力腔室103内部存在压力并且由于该压力以及第一阀101’和第二阀102’的设置，空气含量上升到压力腔室上部靠近第一出口101。因此，位于压力腔室的下部靠近第二出口102的液体的空气含量减少。

在具体的实施例中，来自压力腔室上部的第一液体出口的流量可以是流出腔室的总流量的1/3，那么来自压力腔室下部的第二出口的流量将是总出口流量的2/3。在另一实施例中，来自压力腔室上部的第一液体出口的流量可以是流出腔室的总流量的40％，那么来自压力腔室下部的第二出口的流量将是总出口流量的60％。在另一实施例中，来自压力腔室上部的第一液体出口的流量可以是流出腔室的总流量的20-30％，那么来自压力腔室下部的第二出口的流量将是总出口流量的70-80％。

图3示出根据本发明的具体实施例的图2所示的组件以及测量设置。通过第一出口101并且经由第一阀101’引出液体111的第一子部分，而通过第二出口102经由第二阀102’引出液体的具有减少的空气含量的第二子部分。在所示的实施例中，也存在测量设备，第二出口处的阀102’位于测量设备之后，以确保在测量期间保持压力，从而直到测量设备由此确保精确的测量之后才能引入空气。然后引导液体112的第二子部分通过例如用于测量液体中的颗粒含量的测量设备。在测量之后，液体的第一子部分和第二子部分在交叉点121合并并且被引导以用于其他用途。测量设备测量具有减少的空气含量的液体这一事实确保了由于空气含量导致的错误测量的风险降低。

附图标记

100从液体110中分离气体的系统

101第一出口

101’第一阀

102第二出口

102’第二阀

103压力腔室

104入口

105泵

109贮液器

110液体

111液体110的第一子部分

112液体110的第二子部分

120测量设备

121交叉点