专利名称：用于从液体提取气体的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于从液体提取溶解的气体的设备和方法，更加具体地，本发明涉及 一种用于提取溶解在电绝缘油中的气体的设备。
背景技术：
电力工业很多年来已经认识到，油和其他绝缘材料在油绝缘电气设备内的热解能 够导致多种“故障气体”的产生。在例如充油变压器(油枕和气垫这两种类型)、带负载抽 头变换开关、变压器绕组、套管等装备中发生这些现象。故障气体的存在可能是装备状态的 一种量度。因此，在电气设备中存在具体故障气体的检测和那些气体的定量能够是预防性 维护程序的一个重要部分。故障气体在带有油枕的油垫变压器和其他实用产品中的存在已经良好地记载了 与变压器的性能和操作安全性有关的示意。存在相当多的、将气体的存在与特定的、得以识 别的变压器状态和故障相关联的可用知识。因此，作为增强性能并且同时减轻装备上的磨 损和撕裂并且由此减小维护成本和停机时间的手段，监视电气装备中的电介质流体的状态 是有益的。因此，与特定故障气体在变压器油中的存在与否有关的信息能够在变压器的操 作中使得效率大大地增加。例如，已知在变压器油中存在特定故障气体能够示意变压器故障，例如电弧放电、 局部或者电晕放电。这些状态能够引起矿物变压器油分解，从而除了一些更高分子量的气 体(例如乙烯和乙炔)之外，还产生较大数量的低分子量碳氢化合物，例如甲烷。这种化合 物是高度挥发性的，并且在一些情形中它们可以在较高压力下在变压器中积聚。这是引起 灾难的原因。如果未被检测到或者未被纠正，则装备故障能够导致增加的劣化率，并且甚至 导致变压器的灾变性爆炸。对于电力工业而言，不仅在停机时间和更换装备的成本方面， 而且还在与丧失的电力传输相关联的成本方面，变压器故障是相对昂贵的事件。在另一方 面，通过密切地监视在变压器油中的溶解的气体，用于给定变压器的最有效率的操作条件 能够得到主动地监视，并且变压器负载可以在它的最佳峰值下或者在靠近它的最佳峰值下 运行。而且，当检测到危险的操作状态时，能够离线地取下变压器，以进行维护。不管已知的、对于用于监视油中的气体的可靠装备的需要，由于各种原因，设计满 足现场条件的严格性的装备也已经是引起问题的。即，在本技术领域中已知多种方案。例 如，用于对变压器油进行除气的机械/真空和隔膜式提取方法和设备是众所周知的，如由 美国专利号5，659，126示例地那样。该专利公开了一种在电气变压器中对顶部空间气体采 样、根据依赖于温度和压力的气相配分函数分析这种气体并且基于所得到的分析预测特定 变压器的故障的方法。在美国专利号4，112，737中公开了一种用于从变压器油提取气体的、依赖于隔膜 管的气体提取设备的示例。该专利描绘了在变压器壳体中被直接地插入变压器油中的多个 中空隔膜纤维。用于隔膜的材料是油不能渗透的，但是在油中溶解的气体可通过隔膜渗透 到纤维的中空内部中。便携式分析器械例如气相色谱仪暂时地连接到探头，从而测试样本被从提取探头清扫到分析器械中，以进行分析。虽然这些器械已经提供了益处，但是对于研发用于变压器油中的故障气体的提 取、监视和分析的可靠的设备而言，仍然存在多个实际问题。这些问题中的很多问题涉及设 计可靠的流体传送系统，该系统是足够冗余的，用以提供相对不需维护的单元。因为变压器 经常位于极其恶劣的环境条件中，所以流体传送问题被放大。考虑到可靠地分析气体所需 要的仪器是复杂的分析仪器，这种情况是特别存在的。描述这些工程挑战的困难的两项专 利是由本发明的受让人所拥有的美国专利No. 6，391，096和6，365，105，并且这两个专利通 过引用在这里并入本文。这两项专利不仅示意所需流体传送系统的复杂性，而且还示意已 经被证明为非常可靠的方案。在分析过程中的最关键点之一是提取设备，在这里气体实际上与电绝缘油分离。 虽然存在用于完成这个任务的几种已知的设备，但是经验已经表明，提取器是能够发生故 障的一个点。换句话说，提取装置迄今已经比所期的更加脆弱并且不能充分地经受在现场 应用中常规性地遭遇的极端条件。结果，添加了另外的支持装备或者操作约束，以补偿性能 缺点并且保护提取技术，这显著地增加了成本。尽管关于提取装置的技术方案存在进步，特 别地在美国专利No. 6，391，096和6，365，105中描述的那些，但是对于提取器存在需要，该 提取器不被监视地在相当长的时间中在所有条件下都是可靠的并且准确地工作。
发明内容
在气体提取设备的第一优选的和示意的实施例中实现了本发明的优点，该气体提 取设备提供了溶解气体的可靠和准确的提取并且提供了油和已提取气体这两者的流体紧 密的处理。该设备利用了包括被保持在壳体中的成对氟硅氧烷隔膜圆盘的提取模块。对于 目标气体而言，该隔膜是能够渗透的，但是对于绝缘油而言是不能渗透的。该壳体限定了隔 离开的油和气体流动路径。该提取模块连接到用于所提取气体的定性和定量分析的分析仪 器例如气相色谱仪。在可替代实施例中，可以利用多对隔膜圆盘或者单一隔膜圆盘构成提取模块。
当与以下附图相结合时通过参考本发明的以下详细说明，本发明将得到更好的理 解并且其多个目的和优点将是明显的。图1是示出结合根据本发明的气体提取设备的系统的简化框图。图2是示出带有由气体提取设备所使用的重要的其他部件的根据本发明的气体 提取设备的简化框图。图3是根据本发明的气体提取设备的优选实施例的透视图。图4是图3所示气体提取设备的分解透视图。图5A是具有在气体提取设备中所使用类型的隔膜分离圆盘的平面视图。图5B是图5A所示的隔膜分离圆盘的透视图。图6是沿着图5A的线6-6截取的隔膜分离圆盘的截面视图。图7是通过气体提取设备的用于第一相和第二相的流动路径的概略视图。
具体实施例方式首先将大体上描述使用本发明的气体提取设备的基本环境和由它使用的重要构 件，以提供背景说明，然后特定部件的更加详细的说明将随后给出。参考图1，可以看到本发 明的气体提取器和分析器1包含在壳体2中，壳体2位于正被监视的充油或者油垫电气装 置3的外部。电气装置3通常是油枕或者气垫式变压器、带负载抽头变换开关等。样本流 体供应线路4连接到电气装置3并且向在壳体2中包含的构件输送样本流体。样本流体返 回线路5，同样从分析器1向电气装置返回样本流体。提取器/分析器1已设计成能够长时 期地操作而不用维护。大体上随着样本流体在壳体2内的流动，流体被传送到提取器组件10中。样本包 含流体(即油)，以在下面详细描述的方式流动通过提取器组件或者模块10，在此处溶解在 油中的气体被提取到第二流体相中，用以进一步处理。已经从其中提取了气体的油通过流 体返回线路5而返回电气装置3。从油提取的气体可以被分析，以确定油中的气体的性质， 或者可以使用提取设备来从油去除污染物并且由此将油净化。样本线路4优选在具有高油流的点处被附接到电气装置3，以确保流体的代表性 样本总是被提供给提取器组件10。除了被以充分距离从流体供应线路分离开以便不会交换 基本相同的流体之外，流体返回线路5到电气装置3的连接位置并不是关键性的。具体地， 流体样本线路能够附接到例如变压器上的注油阀、油散热器上的排泄阀或者油旁通环路。 流体返回线路在另一方面可以附接到底部排泄阀以将油返回变压器，或者附接到其他适当 的位置。通常，无需在变压器中开出特殊端口，因为油供应线路和返回线路可以在现有位置 中形成端口。如在以下描述那样，本发明依赖于以下原理跨过隔膜的扩散，以从第一流体相提 取气体，与气体具有较低浓度的第二流体相相比，溶解的气体在第一流体相中具有较高浓 度。通常，第一流体相是变压器绝缘油，并且第二流体相是系统的分析构件内包含的气体体 积。从通过提取器组件10流动的样本流体提取的样本气体通过管线12而被传送到分 析仪器14，分析仪器14是构造用于运行输送到此的气体样本的自动定性和定量分析的仪 器。分析仪器14可以是几种实验室气体检测仪器之一，并且优选地是被设计用于在远程位 置中安装并且通过编程计算机的控制而被自动化的气相色谱仪。分析仪器14因此有时称 作气相色谱仪14。来自分析仪器14的样本气体可以经由管线13而返回提取器组件10。参考图2，分析仪器14构造为与计算机系统沈和外部或者远程通信装备32 —起 工作，从而分析结果可以被以远程方式获取。应该指出，如在这里在优选实施例的说明中所 使用地，单词“流体”指的是通过仪器流动的气体。然而，本发明可以由使用液体的设备使 用，并且因此单词“流体”涉及可能在分析仪器中使用并且由其分析的任何流体。如在图2中所示意地，气相色谱仪14以流体方式连接到校准气体(流体)源16、 提取器模块10，提取器模块10是用于测试的样本18源(即，从将被分析的电气装置3中的 油提取的气体的样本)，和通常以高压惰性气体(例如氦气)形式供应的载体流体20。这 些流体源中的每个(在此情形中该流体是气态的)连接到总的利用数字22引用的分配歧 管组件。在源流体16、18和20之间的流体连接是利用适当的流体线路24(它是从校准流 体16到分配歧管组件22的连接)、25 (从用于测试的样本18到分配歧管组件22的连接)和27 (从载体流体20到分配歧管组件的连接)实现的。这些流体线路优选是不锈钢管线。 流体线路M、25和27利用适当的钝态装配件例如密封的压缩套圈型装配件等来进行装配。 在流体线路24、25和27和其他构件例如分配歧管22的构件之间的所有的连接都是带有适 当的垫圈和0形环等的流体紧密的连接。分配歧管组件22并不形成本发明的一个部分并且未在这里详细描述。然而，在如 上所指出地在此通过引用而并入的美国专利No. 6，391，096中详细描述了适用于由本发明 使用的歧管组件。本发明的几个构件，包括主动流体处理和控制构件处于计算机沈的主动 控制下。计算机26通过数据线路观连接到与分配歧管组件22相关联的构件并且向其发送 命令信号和从其接收数据。计算机26还通过数据线路30控制分析仪器14的操作。计算 机沈连接到电话或者其他远程或者外部通信系统装备32，从而可以从远程位置操作计算 机沈，这因此允许以远程方式操作分析仪器并且允许从远程位置获取来自该仪器的数据。 计算机沈还控制包括电路和监视并且控制气体提取模块10的状态机的提取器控制部件。在这里为能够控制提取器组件10和气相色谱仪14的操作的编程装置一般使用单 词“计算机”。因此计算机26将被理解为涵盖任何微处理器、微控制器或者其他处理器和相 关联的硬件和软件。将要被分析的流体的等分样本被获取并且由提取器/分析器1的流体控制和处理 构件控制并且被注射到气相色谱仪14中。在图1中概略地示出的色谱仪14优选是双柱色 谱仪。分配歧管组件22的流体控制和处理部件将等分样本以流体方式传送到选定的分离
器柱之一。在色谱仪14中的分析物分离是在如在本技术领域中众所周知的受控条件下执行 的。例如，色谱仪中的分离柱被包含在温度受控柜内。同样地，色谱仪14的所有的构件被 包含在适当的壳体内，无任何壳体在附图中示出，但是将理解的是，壳体对于执行可重复的 和准确的分析而言是必要的。如在图2中概略地示出的气相色谱仪14包括在计算机沈的控制下的检测器例如 导热性检测器。在色谱仪柱中分离的分析物流入检测器中并且通过检测器。流动通过该系 统的流体例如载体流体和已被分析的样本在排放端口 34处被排放到大气。由气相色谱仪14从已被分析的样本汇编的分析数据经由数据线路30而被传输到 计算机沈，其中根据在计算机中存储的软件，数据得到进一步的处理。然后可以在自动化的 基础上通过远程通信装备32从计算机沈传输分析结果，或者可以从远程位置根据提示获 取数据。现在将参考图3和4详细地解释提取器组件10的构造。有时，使用了相对方向术 语来描述提取器组件10和各种构件相对于其他结构的位置。因此，单词“内部”或者“向 内”参考了提取器组件10的结构或者几何中心。单词“外部”参考了远离该几何中心的方 向。“面向内部”表面是面对组件的中心的表面等。参考图3，组件10包括基本柱形的壳体 50，壳体50包括第一板52、第二板M以及夹在第一板与第二板之间的嵌接环56。如在下 面详细描述地，存在包含在壳体50中的几个构成部件，包括便于从进给到提取器组件10中 的电绝缘油提取气体的部件，和用于油和所提取的气体的各种流体流动路径。油泵58利用 螺栓55在中心处安装到第二板M，从而油泵控制油通过提取器组件10的流动。气泵60也 安装到第二板M。油温度传感器62安装到第二板M的一侧，并且提供用于监视在壳体50中的油或者其他流体的温度的装置一温度传感器一被拧入壳体中的配合螺纹开口中。温度 传感器62优选是标准热电偶，但是它能够是任何适当的温度感测装置。最后，油压力转换 器64安装到第二板M的一侧，从而可以在正在进行中的基础上监视壳体50中的油压力。 转换器也被拧入壳体中的螺纹开口中。所有的前面的构件均附接到计算机26并且处于计 算机沈的控制下。因为壳体50的第一板52的“下”侧在附图的透视图中不可见，所以在图3中概略 地示出的是均连接到第一板52的油进口 66和油出口 68。油进口 66连接到油样本流体线 路4并且油出口 68连接到油样本返回线路5。如在下面详细描述地，油从电气装置3在以 电气装置开始的环路中流动，通过样本线路4而被输送到在油中的气体被提取的提取器组 件10，流动通过壳体50，并且然后经由返回线路5返回电气装置。类似地，气体进口 70和 气体出口 72附接到第二板M。刚刚描述的油和气体进口和出口是分别地被拧入第一板和 第二板中的标准装配件。气体进口 70连接到管线13并且因此是来自分析仪器14的返回 线路。气体出口 72连接到管线12并且限定了通到分析仪器的样本输送线路。从通过提取 器组件10流动的油中提取的气体利用气泵60通过出口 72，通过管线12而被泵送到分析仪 器14，并且依赖于状态操作，可以经由管线13和进口 70而返回提取器组件10。到壳体50的所有的装配件和连接都是不泄漏的并且利用适当的装配件和流体紧 密的密封构件例如0形环等，以保证不存在任何泄漏。现在转到图4，将详细描述提取器组件10的构件。如在前指出地，壳体50的基本 构件是第一板52、第二板M和嵌接环56。第一板52和第二板M中的每个具有以在下面 详细描述的方式和为了在下面详细描述的意图而通过它们限定的流体流动路径。紧邻第一 板52的是第一釉料74。第一釉料74是油和/或其他液体易于通过其流动的多孔圆盘材 料。釉料74优选地是烧结青铜，但是它可以从包括烧结玻璃、烧结金属或者金属丝网和其 他材料的其他多孔材料制造。在组装的提取器组件10中，第一釉料74的第一侧76利用粘 结剂围绕其周边被密封到第一板52的面向内部一侧上的配合底座77上。可替代地，可以 利用当提取器组件被栓接到一起时在这两者之间施加的压力来促进在第一釉料和第一板 之间的密封。邻近第一釉料74的是第一隔膜78，第一隔膜78被以在下面描述的方式附接 并且围绕它的周边被密封到嵌接环56。在嵌接环56的相对侧上以上面刚刚描述的那些构件的镜像的方式堆叠相同的构 件。因此，继续参考图4，第二隔膜86附接并且围绕它的周边被密封到嵌接环56。间隔器 层82位于第一隔膜78和第二隔膜86之间。间隔器层82在两个隔膜之间提供物理分离并 且是多孔的，并且对于分析物气体而言是惰性的。间隔器层82优选地是不会被从在这里 描述的系统中的油中提取的气体种类退化的多孔纸材料；已经发现过滤型纸良好地发挥作 用，但是存在将发挥作用的多种其他材料例如棉花和其他纤维性垫片。如在下面详细描述 地，间隔器层82物理地分离两个相邻隔膜78和84并且由此限定了供从油中提取的气体可 以流动通过的空间。作为与在上面关于第一釉料74描述的相同的材料的第二釉料88，同样以与在上 面关于第一釉料74描述的相同的方式附接到第二板M。上面刚刚描述并且在图4中以分解形式示出的构件利用围绕板52和M的周边的 一系列的螺栓90 (其中之一在图4中示出)而在组装好的提取器10中被夹到一起。在第一板52和嵌接环56之间的第一 0形环80和在第二板M和嵌接环56的相对侧之间的第 二 0形环84确保了提取器组件10当组装好时是无泄漏的。另外，0形环通过将大气与隔 膜隔离而减少了来自隔膜78和86的周边附近的氧气渗透。分别地，现在将参考图5A、5B和6具体地描述第一隔膜78和第二隔膜86。隔膜 78和86优选由能够容易地渗透具有对于本发明而言感兴趣的种类的、具有小分子量的碳 氢化合物但是不能渗透电绝缘油的柔性材料制造。优选的材料是，在碳氢化合物环境例如 电绝缘油中非常稳定的氟硅氧烷材料。通过将已经与聚合剂混合的氟硅氧烷材料压到模具 中而模制隔膜78。聚合隔膜被从模具被移除并且通过在高温下焙烧而得以固化。更加具体地，预定质量的氟硅氧烷材料被预成形为平坦圆盘。这个薄饼形圆盘然 后被插入压模中，在压膜处它被加热、压实并且被挤压成具有所期厚度属性的、非常薄的圆 盘形状。模具被维持在升高的压力和温度下，直至氟硅氧烷材料固化，此时将该构件从模具 去除。隔膜78限定具有围绕外周边边缘102限定的唇凸100的、大致平坦的圆形圆盘。 如在图6中最好示出地，隔膜78的外周边边缘102相对地比隔膜的中央部分更厚。隔膜的 厚度靠近外周边边缘最大并且在朝向隔膜中心移动时逐渐地降低。隔膜材料因此在周边部 分106处相对地更厚，在此处典型的厚度是大约0.020英寸。在朝向隔膜中心经过隔膜中 央部分108地向内移动时，隔膜的厚度逐渐地降低，在隔膜中心处隔膜材料最薄，通常为大 约0. 004英寸。唇凸100构造为附接和密封到在板52和M的面向内的周边上以配合方式形成的 唇凸104(图4)。因此，在图6中，利用虚线示意性地示出隔膜78上的唇凸100所附接的嵌 接环56的唇凸104的区域。当隔膜78附接到板52时，隔膜被稍微地拉伸，从而使得隔膜 材料被稍微张紧。这改进了在隔膜和它所附接的板之间的流体密封，并且消除了隔膜中的、 在超薄隔膜薄片中可能引起破裂或者撕裂的任何折痕、皱纹或者折皱。以此方式拉伸隔膜 因此提高了隔膜对于形成泄漏的抵抗能力。提取器组件10利用螺栓90以图4所示方式与上述构件组装，从而该组件在所有 的方面均被气密性地密封并且提供流体紧密的和无泄漏的连接。现在转向图7，图7是高度 示意性的，示出各种流动路径、板5254和嵌接环56限定了供从提取器组件10中的油分离 的油和气体通过流动的流体流动路径。通过板5254和嵌接环56的流动路径是由通过板 钻出的孔限定的。当板组装好时，板中的孔与嵌接环中的孔对准和对齐。使用了 0形环来 确保孔是无泄漏的以限定得到密封的流动路径。油通过样本线路4而从电气装置3运送并且经由油进口 66并且利用泵58的操作 而运送被到提取器组件10中，泵58以流体方式连接到通过提取器组件10的油孔。在图7 中，以比较重的带有实心箭头的粗虚线示意了通过提取器组件10的油流动路径，其中实心 箭头示意总的流动路线。油流动路径被分配了附图标记111。如在前指出地，釉料74围绕 釉料圆盘的周边而被密封到第一板52，但是这个结构特征在图7中的高度示意视图中是不 明显的。这限定了供油流入的、在釉料74的面向内部侧76的表面和隔膜78的面向外部侧 之间的空间110。利用泵58的操作而处于正压力下的油流动通过釉料74的中心并且然后 沿着釉料和隔膜78的面向表面流动。油趋向于从隔膜的中心向外朝向隔膜的外周边和釉 料流动。位于第一板M的面向内部表面上的周边凹槽114将油聚集起来。在油经由隔膜78的表面流动之后，油经由与嵌接环56和第一板52中的孔对齐的孔而返回变压器。油流 动路径111在嵌接环56的相对侧上延续到第二板M中并且延续到在釉料88的面向内部 表面和第二隔膜86的面向外部侧表面之间的空间116中。如第一釉料74那样，釉料88能 够容易地渗透油，并且油流动通过釉料并且沿着第二隔膜86的表面流动。同样，油趋向于 从隔膜的中心向外朝向隔膜的外周边和釉料流动，其中在第二板M的面向内部表面上的 凹槽120将油聚集起来。油流动通过与第一板52中的孔对齐、以限定返回流动路径的、板 54和嵌接环56中的孔。油因此利用返回线路5在环路中通过第一板52、通过出口 68而返 回电气装置3。通过提取器组件10的油流限定第一相。从第一相中的油提取的气体形成第二相； 用于气体的流动路径利用具有线型箭头的相对较浅的虚线而在图7中示意出并且被分配 了附图标记130。如果跨越被第一隔膜78和第二隔膜86分离的两个不同的相侧产生了扩散梯度， 则在隔膜一侧上以较高浓度存在的感兴趣的化合物将跨过隔膜地扩散到第二相侧一存在 具有较低浓度的该化合物的一侧。即，当与在第二相中相比在第一相侧上在第一相中的油 包含具有较高浓度的污染物(例如故障气体)时，污染物跨过由隔膜限定的相屏障扩散到 第二相侧(由多孔纸张间隔器82占据的空间122中)。换句话说，第一相中的污染物跨过 由隔膜限定的相屏障扩散到第二相中，在此处它们可靠地并且可再现地积聚并且代表了第 一相中的污染物并且与第一相中的污染物的浓度成比例。这由代表油相流动路径111的 “粗线”箭头和代表第二相侧的虚线箭头130或者气相流130而被示意性地示出。当处于压 力下的油循环通过提取设备10时，并且更加具体地，当油沿着隔膜的表面流动时，油中的 污染物扩散通过隔膜并且进入气相130。跨过隔膜78和86的污染物(即，气体)扩散利用 虚线箭头132示意。气相流动路径130与油相流动路径111隔离开并且由在板52和M和 嵌接环56中限定的孔限定。如较早指出地，在相邻隔膜78和86之间的间隔器82维持供 气体扩散的空间122。气体流动由泵60引发和维持(图4)。如在图7中最好示出地，来自 分析设备14的样本气体通过第二板M中的气体进口 70进入提取器组件10，并且通过间隔 器82 (气体空间12 进入气相流动路径130，通过气泵60并且通过气体出口 72而被排出 并且返回分析设备14。现在将详细描述系统的操作。如所指出地，油流是利用泵58的操作引发的，使得 油在循环环路中流动通过油相流动路径111。当油流动通过釉料74和88并且因此经过并 且在隔膜78和86的面向外部侧表面或者侧面之上流动时，气体通过隔膜(附图标记132) 扩散到由间隔器82限定的空间122中，并且因此扩散到气相流动路径130中。从气体分子 从油相到气相中的扩散而产生的气相在循环环路中流动通过气相色谱仪14 ；气体利用气 泵60而进行循环。允许油相和气相的循环继续进行，直至在由隔膜78和86限定的相屏障 的两侧上存在气体浓度上的平衡。在正常操作期间，使得油相压力小于气相压力是可能的。这可以由于几个原因而 发生，包括油泵的操作条件的偏差、外部干涉等。如果负压力确实在油相侧上发生，则隔膜 78和86趋向于分别地被朝向釉料74和88 “拉动”。如果隔膜被朝向釉料拉动，则釉料支 撑隔膜并且防止隔膜破裂。化合物跨过隔膜的扩散主要地是由跨过隔膜的浓度梯度驱动的。达到平衡或者接近平衡状态所需要的时间依赖于多种因素，例如气体浓度梯度和温度，得到平衡的气体的 体积、隔膜的厚度和被暴露于油的隔膜表面面积。另外，载有气体的油的流率影响扩散速率 并且因此影响达到平衡所需要的时间。如较早指出地，在充有油的装置3中包含的感兴趣的污染物被允许在提取器组件 10中从第一液相扩散到第二流体相中。在这方面，在样本平衡和获取相期间，油通过提取 器组件10连续地循环，如较早描述地那样返回充有油的装置3。当油流动通过提取器组件 时，在油中包含的、被溶解的气体跨过隔膜78和86扩散到第二相中。包括气态流体的这个 第二相以设定的时间间隔或者连续地循环以保证第二相中的全部流体是均质的并且直至 达到平衡条件。换言之，扩散原理决定了油中的污染物跨过隔膜从具有较高浓度的区域扩 散到具有较低浓度的区域，直至达到平衡(或者接近平衡的状态)。如上所指出地，跨过隔膜的平衡和扩散速率受到很多不同因素的影响。在实践中， 已经发现，使用在这里描述的提取器组件10在大约15分钟的时间实现了平衡，且总标称气 体体积小于7cm31。这可以与需要高达和大于1小时的时间的、标称气体体积达65ml的美 国专利No. 6，391，096和6，365，105中描述的气体提取设备对比。因此明显的是，与刚刚提 到的专利所需要的相比，本发明需要数量更少的时间来达到平衡和从油相提取的数量更小 的体积的气体。当计算机沈确定将气体样本从第二相注射到分析仪器14中是适当的时，或者当 在外部提示计算机26这么做时，气体130的连续循环环路在分配歧管22中被切换，从而使 得样本气体被传送到分析仪器14。通常与平衡和样本获取步骤同时地并且在色谱仪14的操作之前，该系统允许利 用如所指出地通常是惰性气体(例如氦气)的纯净载体流体20使得色谱仪14平衡。这允 许在分离柱中的任何流体洗提并且被冲过仪器并且在34处被排放到大气。样本气体然后 被注射到色谱仪中并且对存在于样本中的气体进行定性和定量分析。在上述的并且在附图中示出的提取器10的所示意的实施例中，提取器使用在由 两个板和嵌接环限定的壳体中容纳的两个隔膜。将理解的是，通过板的流体流动路径被构 造成使得另外的成对的板、隔膜和嵌接环可以被堆叠，从而系统容量及其速度增加。因此， 提取器模块可以被限定为两个隔膜、两个板和单个嵌接环。可以堆叠多个提取器模块，且模 块之间的流体通路连通。类似地，可以使用单个隔膜制成根据本发明的提取器模块。在此情形中，如在图中 所示利用仅仅单个隔膜构造提取器模块。包含污染物的油相在单个隔膜的第一侧之上流 动，并且污染物通过隔膜78扩散到由位于隔膜78的相对侧上的间隔器层82限定的空间 中，由此在单个隔膜78和模块壳体的相对壁之间形成物理分离。如图4的实施例那样，间 隔器层82从模块壳体的相邻壁物理地分离单个隔膜78并且由此限定了供从油提取的气体 可以通过流动的第二相空间。考虑到可以应用本发明的原理的很多可能的实施例，应该认识到，详细实施例是 仅仅示意性的而不应该被视为限制本发明的范围。实际上，本发明要求保护可能落入所附 权利要求及其等同形式的范围和精神内的所有的这样的实施例。
权利要求
1.用于从流体提取气体的设备，包括壳体，所述壳体限定流体通路和与所述流体通路隔离的气体通路，所述壳体具有通入 所述流体通路中的进口和从所述流体通路出去的出口，并且所述壳体具有通入所述气体通 路中的进口和从所述气体通路出去的出口；至少一个分离隔膜，所述至少一个分离隔膜在所述壳体中，所述分离隔膜将所述气体 通路与所述流体通路分离，所述至少一个分离隔膜包括基本不能渗透流体并且能够渗透气 体的氟硅氧烷构件，所述分离隔膜具有面向所述流体通路的第一侧和面向所述气体通路的 第二侧；多孔隔膜支撑件，所述多孔隔膜支撑件面向所述分离隔膜的第一侧；并且其中所述流体通路包括所述至少一个隔膜的第一侧。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个分离隔膜是模制的。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述至少一个分离隔膜限定大致平坦的圆盘，所 述圆盘在其周边部分处较厚并且在所述平坦的圆盘的中心处较薄。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述流体通路中的流体包含溶解的气体，并且所 述气体从所述流体通路通过所述隔膜扩散到所述气体通路中。
5.根据权利要求1所述的设备，其具有第一分离隔膜和第二分离隔膜，每个隔膜具有 第一侧和第二侧，所述隔膜中的两个隔膜以隔开的关系保持在所述壳体中，使得所述第一 隔膜的第二侧面向所述第二隔膜的第二侧，从而在所述至少两个隔膜之间限定空间，并且 所述空间在所述气体通路中。
6.根据权利要求5所述的设备，其包括在所述第一隔膜的第一侧上的第一多孔隔膜支 撑件和在所述第二隔膜的第一侧上的第二多孔隔膜支撑件。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述壳体还包括第一板、第二板和在所述第一板 与第二板之间的环，并且其中所述第一分离隔膜保持在所述第一板上且所述第二分离隔膜 保持在所述第二板上。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述第一多孔隔膜支撑件邻近所述第一板，并且 所述第二多孔隔膜支撑件邻近所述第二板。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述第一多孔隔膜支撑件和第二多孔隔膜支撑件 由烧结的青铜釉料形成。
10.根据权利要求5所述的设备，其包括多于两个的分离隔膜。
11.根据权利要求9所述的设备，其还包括在所述第一隔膜和第二隔膜的第二侧之间 的间隔器，所述间隔器在所述气体通路中并且能够渗透气体，并且所述间隔器维持所述隔 膜处于隔开的关系。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述间隔器包括纸张。
13.用于从流体分离气体的设备，包括壳体，所述壳体限定用于第一流体流的第一通路和用于包含第二流体流的、分开的第 二通路；分离隔膜装置，所述分离隔膜装置在所述第一通路与第二通路之间，用以从所述第一 流体流去除组分并且将所述组分传送到所述第二流体流中，所述分离隔膜装置包括具有第 一表面的氟硅氧烷构件；支撑装置，所述支撑装置用于在其第一表面处支撑所述分离隔膜装置，并且用于使所 述第一流中的流体在所述第一表面上散开。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述分离隔膜装置还包括模制圆盘，所述圆盘 围绕周边部分的厚度大于中央部分处的厚度。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述分离装置还包括以隔开的关系保持在所述 壳体中的第一氟硅氧烷构件和第二氟硅氧烷构件，并且其中所述第二流体流在所述第一氟 硅氧烷构件与第二氟硅氧烷构件之间。
16.一种用于去除溶解在第一流体相中的气体并将所去除的气体传送到第二流体相中 的方法，包括以下步骤a)限定通过壳体的第一流体流动路径；b)限定通过所述壳体的第二流体流动路径，所述第二流体流动路径与所述第一流体流 动路径隔离；c)在所述第一流体流动路径与第二流体流动路径之间置入由模制的氟硅氧烷制造的 分离器隔膜；d)使得包含目标化合物的第一流体流过所述第一流体流动路径且在所述分离器隔膜 的第一侧上流动，并且使得第二流体流过所述第二流体流动路径且在所述分离器隔膜的第 二侧上流动，其中所述第一流体处于比所述第二流体更高的压力下；并且e)使得目标化合物从所述第一流体通过所述分离器隔膜，并且将所述目标化合物传送 到所述第二流体流动路径中。
17.根据权利要求16所述的方法，其包括继续步骤d和步骤e，直至所述第二流体中 的目标化合物的浓度与所述第一流体中的目标化合物的浓度处于平衡。
18.根据权利要求16所述的方法，其包括以下步骤，即，将所述第二流体传送到分析仪 器，并且操作所述分析仪器，以获得包括关于所述目标化合物的数量和质量数据的数据。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述分析仪器是气相色谱仪。
20.根据权利要求19所述的方法，其包括将所述数据传输到远程位置的步骤。
全文摘要
一种气体提取设备，该设备提供了溶解在流体中的气体的可靠和准确的提取并且将所提取的气体传送到分析仪器。提取模块包括模制成平坦圆盘形状的一个或多个氟硅氧烷隔膜。所述隔膜以隔开的关系保持在壳体中。所述隔膜能够渗透目标气体，但是不能渗透流体。多孔支撑构件支撑所述隔膜并且防止损坏所述隔膜，并且所述壳体为流体和从流体提取出来的气体限定了分开的流体流动路径。
文档编号B01D19/00GK102065969SQ200980122124
公开日2011年5月18日 申请日期2009年6月5日 优先权日2008年6月12日
发明者史蒂文·马奥尼, 托马斯·沃特斯 申请人:塞维隆公司