CN100434790C - 自增压供液系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能满足微流体器件质量轻，功耗小要求的自增压供液系统。包括贮液箱(1)、气体发生器(2)、压力传感器(3)和压力控制器(4)，贮液箱(1)与气体发生器(2)通过管道连通，所述管道连通压力传感器(3)，压力控制器(4)通过电路与压力传感器(3)和气体发生器(2)连接，气体发生器(2)包括密闭容器(11)，密闭容器(11)内设有装药桶(14)，装药桶(14)内装有固体化学药品(13)，加热器(10)紧密接触固体化学药品(13)，加热器(10)的电源导线(7)引出到密闭容器(11)外部并连接压力控制器(4)。气体发生器使用电加热器将固体化学药品加热分解产生气体，压力气体将所需的液体压入流体器件，达到供液的目的。本发明质量轻，功耗小、使用方便，能满足微流体器件发展的要求，具有良好应用前景。

Description

自增压供液系统

技术领域

本发明涉及一种用于流体器件的自增压供液系统，特别是用于微流体器件的自增压供液系统。

背景技术

近年来，随着微机电系统(MEMS)技术的发展，涌现出众多结构、尺寸和流量都要求比较小的微流体器件，如生物芯片，用于笔记本电脑、手机等便携式电子产品的微型燃料电池，用于微小卫星的微型液体燃料推进器等。这些微流体器件一般要求质量轻，功耗小。要使它们构成完整的独立器件，必须要有一个质量轻，功耗小的自增压供液系统与之相配备。一般的压力驱动流体器件的压力源由空气压缩机，各种电动泵或高压氮气瓶等提供，这些压力源设备结构复杂，质量较重，一般很难微型化，高压氮气瓶结构笨重，初始压力高，漏气问题突出，而且需要有良好的减压设备才能使用。近些年研制的MEMS微泵，结构复杂，加工比较困难，增压能力有限，性能有待进一步提高。因此，有必要研制一种新颖的压力发生装置来满足微流体器件发展的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种能满足微流体器件质量轻，功耗小要求的自增压供液系统。

本发明的目的可通过以下技术方案予以实现：

本发明自增压供液系统主要由两部分组成：气体发生器和贮液箱，所述贮液箱可以为球形，也可以为其它形状。此外还包括压力传感器和压力控制器。贮液箱与气体发生器通过管道连通，所述管道连通压力传感器，压力控制器通过电路与压力传感器和气体发生器连接。

气体发生器的工作原理是使用电加热器将碳酸氢铵(NH₄HCO₃)(或者其它加热分解产气固体化学药品，如碳酸氢钠，偶氮二异丁腈等)加热分解产生气体。化学反应式为：

贮液箱可以由一张松弛而富有弹性的隔膜分隔成两半，隔膜一侧贮存流体器件所需的液体或气体，而另一侧与气体发生器连通，气体发生器产生的压力气体将所需的液体压入流体器件，达到供液的目的。当然在不怕氨气和二氧化碳污染液体的应用场合也可以不设置隔膜。但为了减小药品用量，可以在贮液箱中预先充入氧气和二氧化碳并使这两种气体在液体中的溶解度达到饱和。

系统内部的压力可以由一压力传感器来检测，并由一压力控制器根据压力信号的大小控制气体发生器的电加热器电源的通断来控制。这样，可以在系统的控制电路上设定某一压力，当系统内气压小于设定值时，加热器电源接通，NH₄HCO₃开始分解产生气体，使系统内的压力升高。当压力超过设定值时，加热器电源断开，维持设定压力。

由于NH₄HCO₃分解后全部变为气体和水，紧铁加热器的药品最先分解消失，如果不采取一定的措施余下的药品与加热器不能相互接触，导热不良，造成严重的散热损失。为此本发民利用安置在装药桶底部的弹簧将药桶顶起，使余下的药品与加热器始终保持紧密接触。

本发明质量轻，功耗小、使用方便，能满足微流体器件发展的要求，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明自增压供液系统的结构示意图；

图2为图1中气体发生器2的剖视图；

图3为图1中贮液箱1的剖视图；

具体实施方式

参照附图1，本发明主要包括：贮液箱1，气体发生器2，压力传感器3和压力控制器4。贮液箱1与气体发生器2通过管道连通，所述管道连通压力传感器3，压力控制器4通过电路与压力传感器3和气体发生器2连接。当贮液箱1中的液体被消耗一部分之后，由压力传感器3感应到箱体的压力降低，压力信号传入压力控制器4，再由控制器4控制气体发生器2加热产生气体，压力随之增高。当气体发生器2产生过多的气体，压力高于设定值后，压力控制器4断开气体发生器2中加热器10的电源，停止加热产气。由此可使贮液箱1维持一定的压力。

参照附图2，气体发生器2包括密闭容器11，密闭容器11内设有装药桶14，装药桶14内装有固体化学药品13，加热器10紧密接触固体化学药品13，加热器10的电源导线7引出到密闭容器11外部并连接压力控制器4。气体发生器2的基本工作原理是加热器10对易分解产气固体化学药品13进行加热，化学药品13被加热温度升高到一定程度以后即分解产生气体。化学药品13的成分可为NH₄HCO₃，NH₄HCO₃被加热至80左右时分解产生二氧化碳，氨气和水。

由于NH₄HCO₃固体完全分解无残渣，可利用一弹簧15安置于装药桶14的底部，当接触加热器10的药品分解消失后，由于弹簧15的弹力作用将装药桶14顶起，使余下的药品持续与加热器10紧密接触。由于购买的NH₄HCO₃一般为松软的白色粉末，故再装入装药桶14时可将NH₄HCO₃粉末压严实，这样一来可充分利用装药桶13的空间，可装载更多的药品；二是严实的药品顶得住弹簧的应力不至于使加热器10一开始就深陷入药品13当中。

加热器10置密闭容器11当中，需要电源导线7引出到容器外部，但又要保证容器的气密性。因此必须采取一定的特殊结构和措施来实现这一功能：加热器10与容器11的顶盖之间夹有一块既绝热又可密封的材料9，此材料可为聚四氟乙烯，能耐两百至三百度高温。用长条形螺栓8将加热器10，绝热密封材料9，和容器11的顶盖凸台联结起来，拧紧，可达到密封效果。容器11顶盖有突台是用于加工死孔连接螺栓，因为如果是通孔则容易产生泄漏。加热器10的引线7可再绝热材料9和容器11的顶盖打两个小孔引出而不影响容器的气密性。

气体发生器的外壳，即容器11一般采用金属，如不锈钢，钛合金，铝合金等制作，金属导热性强，容易散热，故需要在内壁覆盖一层绝热材料12，如可特别是用聚四氟乙烯制作。

此外，由于NH₄HCO₃固体本身加热容易挥发，工作一段时间后会有一小部分固体凝结在绝热材料12上。故绝热材料12的内壁与装药桶14的外壁药预留有一定的间隙，才能使装药桶14在弹簧15的作用下顺利推动。

参照附图3为本发明液体贮箱的一种具体实施例子，外壳可以为球形，这样使用的好处是相同容积下球壳的表面积最小，贮箱的重量较小。特别是适用对重量要求比较高的场合，如微小卫星的燃料箱。球壳的中间隔有一张柔性隔膜5，可以为橡胶薄膜或已丙胶膜。这张膜的作用是将上下的气液隔开，避免液体受到二氧化碳或氨气的污染。另外一个好处是有了隔膜，气体就不会溶解到液体中，有利于系统有效快速的增压，同时减少了药品的使用量。在作为卫星燃料贮箱的应用场合当中，在失重状态下，隔膜5保证了气液保持分离，保证只有液体燃料才可以出口16排出。

当然在不怕氨气和二氧化碳污染液体的应用场合也可以不设置隔膜5。但为了减小药品用量可以在贮液箱1中预先充入氧气和二氧化碳并使这两种气体在液体中的溶解度达到饱和。

压力控制器4可以电压信号输入，继电器输出控制加热器电源的通断。压力传感器3可为MEMS芯片式嵌于压力容器内壁，也可为普通圆柱形的传感器。芯片式可使系统的质量大为降低。

Claims (9)

1、一种自增压供液系统，其特征在于包括贮液箱(1)、气体发生器(2)、压力传感器(3)和压力控制器(4)，贮液箱(1)与气体发生器(2)通过管道连通，所述管道连通压力传感器(3)，压力控制器(4)通过电路与压力传感器(3)和气体发生器(2)连接；所述气体发生器(2)包括密闭容器(11)，密闭容器(11)内设有装药桶(14)，装药桶(14)内装有固体碳酸氢铵，加热器(10)紧密接触固体碳酸氢铵，加热器(10)的电源导线(7)引出到密闭容器(11)外部。

2、如权利要求1所述的自增压供液系统，其特征在于所述贮液箱(1)为球形。

3、如权利要求1或2所述的自增压供液系统，其特征在于所述贮液箱(1)由一张松弛而富有弹性的隔膜(5)分隔成两半，隔膜(5)一侧贮存流体器件所需的液体或气体，而另一侧与气体发生器(2)连通，气体发生器(2)产生的压力气体将所需的液体压入流体器件，达到供液的目的。

4、如权利要求3所述的自增压供液系统，其特征在于所述隔膜(5)为橡胶薄膜或已丙胶膜。

5、如权利要求1所述的自增压供液系统，其特征在于所述加热器(10)与密闭容器(11)的顶盖之间夹有绝热密封材料(9)，用长条形螺栓(8)将加热器(10)、绝热密封材料(9)、和密闭容器(11)的顶盖联结起来。

6、如权利要求1或5所述的自增压供液系统，其特征在于所述装药桶(14)底部设有弹簧(15)。

7、如权利要求1所述的自增压供液系统，其特征在于所述密闭容器(11)内壁覆盖有绝热材料(12)。

8、如权利要求1所述的自增压供液系统，其特征在于所述压力控制器(4)根据压力传感器(3)检测到的压力信号的大小控制加热器(10)电源的通断。

9、如权利要求1或8所述的自增压供液系统，其特征在于所述压力控制器(4)以电压信号输入，继电器输出控制加热器(10)电源的通断。

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