本发明涉及一种气液分离装置，属于气液分离领域。
技术背景
目前气体发生器、气压泵、压力溶气罐等供气或供液设备的气液分离装置，一般采用重力沉降或惯性分散等方式对气体和液体进行动态分离，然后根据积液水位通过浮子阀或电磁阀连续或间断性地将分离出的液体引流到储液装置。这些装置在需要连续供气或者需要稳压供气等条件下，往往存在气液分离不彻底，气压稳定性差或不能适应较大的气压变化；同时，现有气液分离装置涉及管路、机械、电器等部件，结构复杂、可靠性不高。
技术实现要素：
本申请的目的在于提供了静态的一种气液分离装置，以便可以更好地进行气液分离，这种气液分离装置不仅胜任大型化，也可以实现微型化，具有宽阔的适用范围。
本申请的第一种实施方式提供了一种气液分离装置，包括：
重力分离腔，重力分离腔上设有进料口，供气液混合物进入；
重力分离腔的上方设有第一排气管，用于将重力分离腔内的气体排出，第一排气管上设有第一阀门；重力分离腔的下部为第一集液区；
所述气液分离装置还包括第一空心材料，所述第一空心材料为亲水性超滤空心纤维或无机陶瓷超滤空心管；所述第一空心材料的第一端为盲端，位于第一集液区中，所述第一空心材料的第二端与第一排液管相连，用于排出液体至重力分离腔以外；
所述第一排液管上设有第二阀门。
本申请的第二种实施方式提供了第二种气液分离装置，包括：
重力分离腔，重力分离腔上设有进料口，供气液混合物进入；
重力分离腔的下方设有第二排液管，用于将重力分离腔内的液体排出，第二排液管上设有第三阀门；重力分离腔1的上部为第一集气区；
所述气液分离装置还包括第二空心材料，为斥水性超滤空心纤维；所述第二空心材料的第一端为盲端，位于第一集气区内，其第二端与第二排气管相连，用于排出气体至重力分离腔以外；
所述第二排气管上设有第四阀门。
本申请的第三种实施方式提供了第三种气液分离装置，包括：
溶气罐，溶气罐内分为第二集气区和第二集液区，其中，第二集气区的气体为溶质气体，第二集液区的液体为气体溶液；
所述第二集液区的下方设置有集液腔，溶气罐和集液腔之间设有密封部，用于阻隔溶气罐内的气体或液体直接进入集液腔中；
所述气液分离装置还包括第三空心材料，为亲水性超滤空心纤维或无机陶瓷超滤空心管；所述第三空心材料的两端分别固定安装在密封部上，且第三空心材料的开口与溶气罐连通，所述第三空心材料的中间段位于集液腔中；
所述集液腔连接第三排液管，所述第三排液管上设有第五阀门。
本申请的有益效果：
在现有技术中，亲水性超滤空心纤维、无机陶瓷超滤空心管以及斥水性超滤空心纤维一般仅用于过滤液体中的颗粒。本申请中一方面考虑利用这三种材料来分离气液混合物，另一方面考虑到上述空心材料管壁内外两侧不能承受较大压强差，其阻气或阻液的耐压能力取决于超滤微孔的最大孔径和液体的表面张力，即阻挡的气体或液体时的工作压差也受到很大限制，因此这些材料几乎不能完全应用于气液分离装置。为了解决上述问题，本申请利用超滤材料管壁两侧在一定压强差范围内对气体和液体的选择通过特性，还需要解决气液分离装置需要适应更大的压强工作范围，进一步利用背压阀方案配合上述空心纤维或空心管的合理布局，解决了这些超滤材料两侧不能承受较大压强差的缺陷，使得超滤材料胜任各种压强环境的气液分离功能，从而解决了普通气液分离装置基于电子系统和机械系统的复杂性和不可靠性。
附图简要说明
图1为本申请气液分离装置的第一种实施方式；
图2为本申请气液分离装置的第二种实施方式；
图3为本申请气液分离装置的第三种实施方式；
其中：1重力分离腔，2进料口，3第一排气管，4第一阀门，5第一集液区，501液面，6第一空心材料，601第一空心材料的第一端，602第一空心材料的第二端，7第一排液管，8第二阀门，9第一密封部件，10第二排液管，11第三阀门，12第一集气区，13第二空心材料，1301第二空心材料的第一端，1302第二空心材料的第二端，14第二排气管，15第四阀门，16第二密封部件，17第二集气区，18第二集液区，19集液腔，20密封部，21第三空心材料，211第三空心材料的端部，212第三空心材料的开口，213第三空心材料的中间段，22第三排液管，23第五阀门。
具体实施方案
以下结合具体实施方式对本申请的技术方案进行详实的阐述，然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。所述的实施方式仅仅是对本申请的优选实施方式进行描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。
本申请的一种实施方式提供了一种气液分离装置，如图1所示，具有重力分离腔1，重力分离腔1上设有进料口2，供气液混合物进入；重力分离腔1的上方设有第一排气管3，可用于将重力分离腔1内的气体排出，第一排气管3上设有第一阀门4；重力分离腔1的下部为第一集液区5；所述气液分离装置还包括第一空心材料6，其为亲水性超滤空心纤维或者无机陶瓷超滤空心管，均为管状结构，可允许液体穿过管壁，而在一定压强差范围内不允许气体穿过；所述第一空心材料6的第一端601为盲端，位于第一集液区5中，其第二端602与第一排液管7相连，用于排出液体至重力分离腔1以外，所述第一排液管7上设有第二阀门8。
所述的“在一定压强差范围内”中的“一定压强差”是指第一空心材料6的管壁两侧的能承受的压强差，由第一空心材料的特性决定的，例如材料的孔径、材料的材质、空心构件的结构尺寸、所分离液体的表面张力等等参数；例如，当第一空心材料采用亲水性超滤空心纤维，其孔径为0.1微米、纤维直径为1毫米，纤维结构支撑体材质为pvc塑料，液体为水时，所述的“一定压强差”需要根据产品试验数据控制在0-0.2mpa，如果超过一定限值，会引起空心纤维的支撑体变形或气体会穿过管壁；再例如，当第一空心材料采用无机陶瓷超滤空心管，其孔径为0.02微米、支撑体为多孔氧化铝烧结材料时，所述的“一定压强差”可以控制在0-3mpa。第一空心材料可以根据实际的需要进行材质的选择，从而确定所述的“一定压强差”。
所述第一空心材料6的第一端601为盲端，例如，可为密封端，也可采用第一密封部件9进行密封。这样确保液体是从第一空心材料6的管壁进入管内的，而非通过第一端601的开口，可很好地实现气液分离。
上述气液分离装置的气液分离过程为：带有一定压强的气液混合物从进料口2，进入重力分离腔1，气液混合物在重力分离腔1内流速减慢，在重力作用下初步分离，重力分离出的液滴向下运动，并集中在重力分离腔1的下部，形成第一集液区5；气体则上浮聚集于重力分离腔1的上部；当气体聚集到一定的压强，可通过第一阀门4排出。
作为一种优选的实施方式，所述第一空心材料的第一端601至第二端602为上行设置，尤其优选所述第一空心材料6的第二端602位于第一集液区5的液面501以上；将第二端602设置得足够高主要是为了使得空心材料能排尽其空心管腔内部的原始气体，不会发生气阻，不会影响液体在其中的流动，同时保持空心管内腔中充满液体，保证其工作特性。
作为一种优选的实施方式，所述第一空心材料6至少有一根，尤其优选各个第一空心材料6的第二端602均连接至第一排液管7；如此，来自各个第一空心材料6的液体均可汇入第一排液管7中，减少第一排液管7的数量，节约成本。在实际选择中，可根据需要分离气液的量来决定第一空心材料6的数量。
作为一种优选的实施方式，所述第二阀门8为液体背压阀，当第一排液管7中的液体提供的压强足够大时，第二阀门8可自动打开排液。
作为一种优选的实施方式，所述第一阀门4为气体背压阀，当重力分离腔1中的气体聚集到一定压强后，第一阀门4可自动打开排气。
所述第一阀门4能够控制重力分离腔1中的流体压强，第二阀门8的开启压强要小于重力分离腔1中的流体压强，流体压强和第二阀门8的开启压强之间的压强差就是第一空心材料6管壁内外两侧的工作压差；所述压强差不能大于所述第一空心材料的工作压差，否则会破坏第一空心材料，或者失去气液分离功能。如果由于两个阀门的开启压强设置不当，可能会导致重力分离腔1的压强未能开启第二阀门8而开启了第一阀门4，重力分离腔1中的液体也会连同气体一起从第一阀门4流出。
换而言之，空心材料所连接的背压阀开启压强要低于未连接空心材料的背压阀的开启压强，两种开启压强的差值要低于空心材料管壁所能承受的工作压强差。如果空心材料管壁两侧所能承受的工作压差，大于重力分离腔1中的压强，空心材料所连接的背压阀可用作节制阀或取消。
具体地，第一空心材料6所连接的第二阀门8的开启压强低于未连接第一空心材料6的第一阀门4的开启压强，两个开启压强形成第一压强差，第一压强差低于第一空心材料6所能承受的第一工作压强差；第二空心材料13所连接的第四阀门15的开启压强要低于未连接第二空心材料13的第三阀门11的开启压强，两个开启压强形成第二压强差，第二压强差低于第二空心材料13所能承受的工作压强差；当第一空心材料和/或第二空心材料两侧所能承受的工作压强差大于重力分离腔1中的压强，第二阀门8和/或第四阀门15用作节制阀或取消。
第一种实施方式提供的气液分离装置主要适用于气液混合物中液体含量较少，气体含量较多的情况，主要是为了首先排除气液混合物中的少量的液体，如图1所示。
本申请第二种实施方式提供了第二种气液分离装置，主要适用于气液混合物中气体含量较少，液体含量较多的情况，主要是为了首先排除气液混合物中的少量的气体，如图2所示。
第二种实施方式提供的气液分离装置，具有重力分离腔1，重力分离腔1上设有进料口2，供气液混合物进入；重力分离腔1的下方设有第二排液管10，可用于将重力分离腔1内的液体排出，第二排液管10上设有第三阀门11；重力分离腔1的上部为第一集气区12；所述气液分离装置还包括第二空心材料13，其为斥水性超滤空心纤维，为管状结构，可允许气体穿过管壁，而在一定压强差范围内不允许液体穿过；所述第二空心材料13的第一端1301为盲端，位于第一集气区12内，其第二端1302与第二排气管14相连，用于排出气体至重力分离腔1以外，所述第二排气管14上设有第四阀门15。
与第一空心材料同理，所述的“在一定压强差范围内”中的“一定压强差”是由第二空心材料的特性决定的，可以根据实际的需要进行材质的选择。
所述第二空心材料13的第一端1301为盲端，例如，可为密封端，也可采用第二密封部件16进行密封。这样确保气体是从第二空心材料13的管壁进入管内的，而非通过第一端1301的开口，可很好地实现气液分离。
与第一种实施方式相比，本实施方式中，气体排出管路和液体排出管路位置互换，形成以排液为主的气液分离装置。
在以排液为主的气液分离装置中，其气液分离过程为：重力分离腔1内分离出的气体在一定的压强下，会穿透第二空心材料13的管壁进入第二排气管14，并穿过第四阀门15排出到其他设备。重力分离腔1内分离出的液体，在一定的压强下会进入第二排液管10，经过第三阀门11后，排出到其他设备。
作为一种优选的实施方式，所述第二空心材料13的第一端1301至第二端1302为下行设置，尤其优选所述第二端1302位于第一集气区12以下；这样的设置主要是为了使得空心材料能排尽其空心管腔内部的原始液体，不会影响气体在其中的流动。
作为一种优选的实施方式，所述第二空心材料13至少有一根，尤其优选各个第二空心材料13的第二端1302均连接至第二排气管14；如此，来自各个第二空心材料13的气体均可汇入第二排气管14中，减少第二排气管14的数量，节约成本。在实际选择中，可根据需要分离气液的量来决定第二空心材料13的数量。
作为一种优选的实施方式，所述第三阀门11为液体背压阀，当重力分离腔1中的液体提供的压强足够大时，第三阀门11可自动打开排液。
作为一种优选的实施方式，所述第四阀门15为气体背压阀，当第二空心材料13中的气体聚集到一定压强后，第四阀门15可自动打开排气。
第三阀门11能够控制重力分离腔1中的流体压强，第四阀门15的开启压强要小于重力分离腔1中的流体压强，流体压强和第四阀门15的开启压强之间的压强差就是第二空心材料13管壁内外两侧的工作压差，所述压强差不能大于第二空心材料的工作压差，否者会破坏第二空心材料。如果由于两个阀门的开启压强设置不当，可能会导致重力分离腔1的压强未能开启第四阀门15而开启了第三阀门11，重力分离腔1中的液体也会连同气体一起从第三阀门11流出。
由于第一空心材料和第二空心材料都是靠液体的表面张力实现的对液体或气体的阻挡或透过特性，所以它们的管壁的内外两侧不能承受过大的压强差，当压强差过大时，上述纤维的气液分离特性将会失效。为解决这个问题，当系统的流体压强分布超出上述纤维的工作范围时，要在排液管和排气管上分别安装液体背压阀和气体背压阀，两种背压阀能分别使得两种空心管管壁两侧的工作压差保持在合理的范围之内，继而使得这种气液分离装置能适应任何气体和液体的工作压强。
第一种实施方式和第二种实施方式，虽然其实现的部件有所差异，但是其实现的原理基本是相通的，只是采用了气液互换的方式进行气液分离。
本申请的第三种实施方式提供了第三种气液分离装置，可以看做是第一种实施方式的变形，如图3所示，所述气液分离装置包括溶气罐，溶气罐内分为第二集气区17和第二集液区18，其中，第二集气区17的气体为溶质气体，第二集液区18的液体为气体溶液；所述第二集液区18的下方设置有集液腔19，溶气罐和集液腔19之间设有密封部20，用于阻隔溶气罐内的气体或液体直接进入集液腔19中；所述气液分离装置还包括第三空心材料21，其为亲水性超滤空心纤维或无机陶瓷超滤空心管，为管状结构，可允许液体穿过管壁，而管壁两侧在一定压强差范围内不允许气体穿过；所述第三空心材料21的两端211分别固定安装在密封部20上，且第三空心材料21两端的开口212与溶气罐连通，允许溶气罐内的气体液体进入第三空心材料21的管内，所述第三空心材料21的中间段213位于集液腔19中；所述集液腔19连接第三排液管22，其上设有第五阀门23。
与第一空心材料同理，所述的“在一定压强差范围内”中的“一定压强差”是由第三空心材料的特性决定的。可以根据实际的需要进行材质的选择。
在本实施方式中，所述溶气罐可以是一种压力溶气罐，如图3所示，这样的溶气罐一般只能排出气体溶液，而不能排出内部的溶质气体。溶气罐内部储存有气体溶液和溶质气体，一般为了提高溶气量，溶气罐内会保持一定的压强。
因此，作为一种优选的实施方式，所述第五阀门23为液体背压阀或节制阀；第五阀门23的开启压强主要为了降低第三空心材料管壁两侧的压差，溶气罐内的液体会通过第五阀门23排出到罐外，如果溶气罐内的压强低于第三空心材料管壁两侧所能够承担的压强差，第五阀门23可以用作节制阀。
所述第三空心材料21至少有一根。第三空心材料21的数量越多，其与集液腔19的接触面积就越大，越有利于来自溶气罐的气体溶液扩散到集液腔19中去，有利于减小第三空心材料管壁两侧的实际压差。此外，中间段213也可以设置足够长，以增加接触面积，实际应用中应当考虑通过空心材料的流体的流量来确定空心材料的配置规模。
本实施方式的气液分离过程大致为：位于第二集液区18中的、带有一定压强的气体溶液会穿过第三空心材料21的管壁，使得液体逸出到集液腔19内，再经过第三排液管22和液体背压阀23排出到指定设备。当第二集液区18中的气体溶液消耗完成，或溶气罐倾斜导致气体溶液不能从底部流出时，第三空心材料21就会阻止位于第二集气区17的溶质气体逸出到集液腔19中，保证了设备安全和工作性能。
从第一种实施方式到第三种实施方式，可见，对于纤维的使用可以采用外压法和内压法，即流体可以从空心材料的外侧穿管壁流向内侧(如第一种实施方式和第二种实施方式)，流体也可以从空心材料的内侧穿管壁流向外侧(如第三种实施方式)。
以下结合实施例对本申请进一步进行描述，但是这些实施例仅用于辅助说明，不应该被认为是对本申请的限制。
实施例1：
如图1所示，一种气液分离装置包括重力分离腔1，重力分离腔1的大致中上部的位置设有进料口2；重力分离腔1的上方设有第一排气管3，其上设有第一阀门4，所述第一阀门为气体背压阀；重力分离腔1的下部为第一集液区5，第一集液区5具有液面501；所述气液分离装置还包括第一空心材料6，所述第一空心材料6为亲水性超滤空心纤维或无机陶瓷超滤空心管；所述第一空心材料6的第一端601为封闭端，位于第一集液区的液面501以下，所述第一空心材料6的第二端602上行设置，其位置高于第一端601；第二端602与第一排液管7相连，由图1可见，第二端602和第一排液管7位于重力分离腔1的中上部，第一排液管7延伸出重力分离腔1，且其上设有第二阀门8，其为液体背压阀。
带有压强的气液混合物由进料口2进入重力分离腔1中，流速减慢并在重力作用下初步分离；分离出的气体向上聚集在重力分离腔1的上部，分离出的液体(含气体)向下运动，聚集在第一集液区5，然后液体进入第一空心材料6中(第一空心材料6中的液体几乎不含气体)，由第一端601上行至第二端602，到达第一排液管7，当液体压强足够大时，第二阀门8打开，液体排除；当气体压强达到第一阀门4的打开值时(高于第二阀门8的阀前压强)，第一阀门4自动打开，进行排气。
实施例2
如图2所示，一种气液分离装置包括重力分离腔1，重力分离腔1上设有进料口2；重力分离腔1的下方设有第二排液管10，其上设有第三阀门11，为液体背压阀；重力分离腔1的上部为第一集气区12；所述装置还包括第二空心材料13，第二空心材料13为斥水性超滤空心纤维；所述第二空心材料13的第一端1301为封闭端，位于第一集气区12内，所述第二空心材料13的第二端1302下行设置，其位置低于第一端1301；第二端1302与第二排气管14相连，由图2可见，第二端1302和第二排气管14位于重力分离腔1的中下部，第二排气管14延伸出重力分离腔1，且其上设有第四阀门15，其为气体背压阀。
带有压强的气液混合物由进料口2进入重力分离腔1中，流速减慢并在重力作用下初步分离；分离出的气体(含液体)向上运动，聚集在第一集气区12，然后气体进入第二空心材料13中(第二空心材料13中的气体几乎不含液体)，由第一端1301下行至第二端1302，到达第二排气管14，当气体压强足够大时，第四阀门15打开，气体排出；分离出的液体向下聚集在重力分离腔1的下部，当液体压强足够大时(高于第四阀门15的阀前压强)，第三阀门11自动打开，进行排液。
实施例3
如图3所示，一种气液分离装置包括溶气罐，溶气罐上部为第二集气区17，下部为第二集液区18，溶气罐的下方设有集液腔19，二者之间设有密封部20；所述装置还包括第三空心材料21，为亲水性超滤空心纤维或无机陶瓷超滤空心管；所述第三空心材料21的两端均安装在密封部20上，其开口212与溶气罐连通，允许溶气罐内的液体进入第三空心材料21中，所述第三空心材料21的中间段213延伸至集液腔19中；所述集液腔19连接至第三排液管22，其上设有第五阀门23，其为液体背压阀。
所述的第三空心材料21具有若干根，图3中仅显示出了两根，每根空心材料分别独立安装于密封部20上，且延伸于集液腔19中。
所述第二集气区17中为溶质气体，所述第二集液区18中为气体溶液，例如，所述溶质气体可以是二氧化碳，所述气体溶液为水；或者所述溶质气体可以是氢气，所述气体溶液为水；溶气罐本身内部具有压力，由于密封部20的存在，溶气罐中的气体液体无法直接进入集液腔19中，但是溶气罐中的气体液体可通过第三空心材料21的开口进入第三空心材料21中，然后在中间段213处渗入集液腔19中；溶气罐的压强能够开启第五阀门23，集液腔19中的液体通过第三排液管22排出。本实施例中的溶气罐即使发生倾覆，内部气体也不会出现泄露。在本实施例中溶气罐中的气体不需要排出，第五阀门23的开启压强主要为了降低第三空心材料管壁两侧的压差，如果空心材料管壁能够耐受的工作压差大于溶气罐中的流体压强，第五阀门23可以用作节制阀。