CN104028050A - 自动式微尺度气液相分离器 - Google Patents

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CN104028050A CN201410250650.1A CN201410250650A CN104028050A CN 104028050 A CN104028050 A CN 104028050A CN 201410250650 A CN201410250650 A CN 201410250650A CN 104028050 A CN104028050 A CN 104028050A
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徐进良
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Abstract

本发明属于微流体控制领域，具体涉及一种自动式微尺度气液相分离器。在半导体硅基片上蚀刻出两条微通道，分别作为气液相进口流道和气相出口流道，两条流道之间由肋条隔开；在微通道的下游、肋条的一侧沿宽度方向蚀刻一排肋柱，肋柱的另一侧为液相出口流道；在气液相进口流道、气相出口流道和液相出口流道上方安装盖板进行封装。本发明克服了传统微尺度相分离器需要对流道材料进行表面处理或增加额外动力来实现相分离的局限，利用流体的惯性力和气液界面的表面张力作用，自动实现气液两相分离效果。该装置结构简单，分离效率高。

Description

自动式微尺度气液相分离器
技术领域
本发明属于微流体控制领域，具体涉及一种应用于化学等领域流体的吸收、萃取和分离的自动式微尺度气液相分离器。
背景技术
近年来，微流体元件广泛应用于各个领域，其特点为有更大的表面积和体积比，能满足更小的空间需求。相分离技术在微流体多相流中是相当重要的一个环节。在化学工程领域，微尺度下的萃取和吸收过程变的越来越重要。
在相分离过程中，分离方法主要通过利用重力、离心力、表面张力和材料表面处理等来实现相分离。区别于传统大尺度，重力在微尺度下不占主导地位，可忽略不计，因此无法通过借助重力的传统方法实现相分离。离心力在实现相分离过程中需要借助额外施加的力来实现，如产生离心力所需的驱动功。微尺度下利用表面张力进行相分离是利用薄膜或微结构，额外制造分离器两端的压力差使一相通过薄膜或微结构，利用界面表面张力阻止另一相通过，实现相分离过程。通过对流道表面进行亲水性和疏水性处理同样是相分离技术的重要手段。但表面处理会被热和PH破坏，因此表面处理对操作环境有一定局限性。
发明内容
本发明提供了一种自动式微尺度气液相分离器，可以克服传统相分离器需要借助额外动力，无法自动实现相分离过程这一缺点，使分离器摆脱了应用环境的限制。
本发明采用的技术方案为：
在半导体硅基片上蚀刻出两条微通道，分别作为气液相进口流道和气相出口流道，两条流道之间由肋条隔开；在微通道的下游、肋条的一侧沿宽度方向蚀刻一排肋柱，肋柱的另一侧为液相出口流道；在气液相进口流道、气相出口流道和液相出口流道上方安装盖板进行封装。
所述气液相进口流道的宽度为100μm～200μm，深度为100μm～200μm；所述肋条与肋柱间的流道的宽度和深度与气液相进口流道的宽度和深度相同；所述气相出口流道的深度与气液相进口流道的深度相同。
所述肋柱的截面为圆形或方形，其直径或边长为5μm～10μm，肋柱的上端与盖板的下表面接触；肋柱之间的间距等于肋柱的直径。
所述液相出口流道区域宽度等于气液相进口流道、气相出口流道以及肋条的宽度之和，深度与气液相进口流道的深度相同。
本发明的有益效果为：
(1)由于表面张力的作用，气体无法穿过肋柱，因此肋柱网具有通液阻气的作用；
(2)在无需外力的作用下，利用流体自身的惯性力作用，使液体通过肋柱网进入微通道下游，实现气液相分离，具有自驱动功能；
(3)简化了分离过程，且分离器结构简单，成本低，易于推广。
附图说明
图1为本发明的自动式微尺度相分离器的外部结构示意图；
图2为图1的内部结构示意图；
图3为图1的A-A剖视图；
图4为图3的B-B剖视图。
图中标号：
1-肋条；2-肋柱；3-盖板。
具体实施方式
本发明提供了一种自动式微尺度相分离器，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
该分离器的结构如图1至图4所示，在半导体硅基片上蚀刻出两条微通道，分别作为气液相进口流道和气相出口流道，两条流道之间由肋条1隔开；在微通道的下游、肋条1的一侧沿宽度方向蚀刻一排肋柱2，肋柱2的另一侧为液相出口流道；在气液相进口流道、气相出口流道和液相出口流道上方安装盖板3进行封装。
气液相进口流道的宽度不小于100μm即可，在本发明中取为100μm，深度为100μm；肋条1与肋柱2间的流道的宽度和深度与气液相进口流道的宽度和深度相同；气相出口流道的深度与气液相进口流道的深度相同。肋柱2的截面为圆形，直径为5μm，肋柱2的上端与盖板3的下表面接触；肋柱2之间的间距等于肋柱2的直径。液相出口流道区域宽度等于气液相进口流道、气相出口流道以及肋条1的宽度之和，深度与气液相进口流道的深度相同。
本发明的工作原理为：
(1)首先气液两相进入气液相进口流道，呈弹状流流型；由于表面张力作用，气相无法穿过肋柱2，被迫向下进入气相出口流道；
(2)液相由于惯性力作用，可以穿过肋柱2，进入肋柱2后的液相出口流道。肋柱2一方面阻隔了气体并使液体通过，达到了气液分流的效果；另一方面，液相通过肋柱2时利用惯性力作用，无需额外动力，使液相从两相中分离出，结构简单减小功耗。
制备时，先蚀刻出气液相进口流道和气相出口流道，两者间由肋条1隔开；然后蚀刻出一排肋柱，并在肋条下游刻蚀出液相出口流道；最后采用高压静电场键合技术将盖板3封装在微通道上方。
上述实施方式是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的结构均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.自动式微尺度气液相分离器，其特征在于，在半导体硅基片上蚀刻出两条微通道，分别作为气液相进口流道和气相出口流道，两条流道之间由肋条(1)隔开；在微通道的下游、肋条(1)的一侧沿宽度方向蚀刻一排肋柱(2)，肋柱(2)的另一侧为液相出口流道；在气液相进口流道、气相出口流道和液相出口流道上方安装盖板(3)进行封装。
2.根据权利要求1所述的自动式微尺度气液相分离器，其特征在于，所述气液相进口流道的宽度为100μm～200μm，深度为100μm～200μm；所述肋条(1)与肋柱(2)间的流道的宽度和深度与气液相进口流道的宽度和深度相同；所述气相出口流道的深度与气液相进口流道的深度相同。
3.根据权利要求1所述的自动式微尺度气液相分离器，其特征在于，所述肋柱(2)的截面为圆形或方形，其直径或边长为5μm～10μm，肋柱(2)的上端与盖板(3)的下表面接触；肋柱(2)之间的间距等于肋柱(2)的直径。
4.根据权利要求1所述的自动式微尺度气液相分离器，其特征在于，所述液相出口流道区域宽度等于气液相进口流道、气相出口流道以及肋条(1)的宽度之和，深度与气液相进口流道的深度相同。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106288915A (zh) * 2015-05-18 2017-01-04 华北电力大学 基于亲憎液表面配合的多尺度冷凝管

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103335549A (zh) * 2013-07-11 2013-10-02 华北电力大学 一种相分离微通道冷凝器

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