CN110736823A - 一种用于油气泄漏检测的微纳级微流控预浓缩器装置 - Google Patents

一种用于油气泄漏检测的微纳级微流控预浓缩器装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于油气泄漏检测的微纳级微流控预浓缩器装置，包括预浓缩器、微波解吸装置和浓度计，所述预浓缩器入口端设置有微流控入口，在出口端设置有微流控出口，所述预浓缩器中填充有油气吸附剂，油气由所述微流控入口进入所述预浓缩器中被所述油气吸附剂吸附，所述微波解吸装置对所述预浓缩器进行微波加热，所述吸附剂受热后解吸出所吸附的油气，解吸出的油气通过微流控出口流出并经由所述浓度计检测油气浓度。本发明设计的一种用于油气泄漏检测的微纳级微流控预浓缩器，能够在存在油气泄漏的环境中检测油气泄漏的量，以预防安全事故，避免环境危害，减少经济损耗。

Description

一种用于油气泄漏检测的微纳级微流控预浓缩器装置
技术领域
本发明涉及一种油气泄漏检测装置，尤其涉及一种用于油气泄漏检测的微纳级微流控预浓缩器装置。
背景技术
油气泄漏会造成严重的社会危害和环境危害，已经有很多由油气泄漏引发的事故为我们敲响警钟。当油气泄漏的体积浓度达到1.6%时即已经达到其爆炸浓度下限，需要准确的测量混合气体中危险气体的浓度，才能及时的避免事故发生。现已存在的测量手段有很多，如色谱分析法，但该法程序复杂，设备要求高，相应成本高。且现有方法中在气体检测设备的精细化和微型化上还没有普及。
发明内容
本发明为了解决现有检测方法设备成本高的问题，提供了一种用于油气泄漏检测的微纳级微流控预浓缩器装置。该装置使用微流体通道和微流控入口，使进入预浓缩器的气体流速均匀并可以更大程度的被填充在预浓缩器中的吸附剂所吸收，因而提高了吸附的效率，然后通过微波解吸将油气从吸附剂中解吸出提高脱附的效率，进而实现精确检测预浓缩器中吸附的油气的浓度的目的。
本发明所采取的技术方案为：一种用于油气泄漏检测的微纳级微流控预浓缩器装置，包括预浓缩器、微波解吸装置和浓度计，所述预浓缩器入口端设置有微流控入口，在出口端设置有微流控出口，所述预浓缩器中填充有油气吸附剂，油气由所述微流控入口进入所述预浓缩器中被所述油气吸附剂吸附，所述微波解吸装置对所述预浓缩器进行微波加热，所述吸附剂受热后解吸出所吸附的油气，解吸出的油气通过微流控出口流出经所述浓度计检测油气浓度。
进一步的，所述预浓缩器包括腔体，在所述腔体内填充有吸附剂，在所述腔体内还间隔设置有若干三棱柱，所述三棱柱的棱线垂直气体流入方向。
进一步的，所述三棱柱为正三棱柱，若干三棱柱的棱角指向相同，每个三棱柱中至少一个棱角正对气流。
进一步的，所述三棱柱设置有若干排，每一排三棱柱均由微流控入口向微流控出口延伸，相邻两排三棱柱交错设置。
进一步的，所述预浓缩器包括底座和顶盖，所述底座和顶盖盖合后形成所述腔体，所述三棱柱的上下两端分别连接所述底座和所述顶盖，所述底座和顶盖均采用二氧化硅材料制备而成。
进一步的，在所述三棱柱的外侧壁上设置有第一凹槽，所述吸附剂填充于各三棱柱形成的间隙中。
进一步的，所述微流控入口设置有分流管，所述分流管将气流均分为若干股进入所述预浓缩器中。
进一步的，所述微流控出口设置有合流管，所述合流管将预浓缩器出口的若干股气流合为一股气流后流出。
进一步的，所述三棱柱采用石墨烯材料制备而成。
进一步的，所述第一凹槽为三角形凹槽。
进一步的，在顶盖和底座上设置有用于三棱柱插入的第二凹槽。
本发明所产生的有益效果包括：本发明设计的一种用于油气泄漏检测的微纳级微流控预浓缩器，能够在存在油气泄漏的环境中有效的检测油气泄漏的量，以预防安全事故，避免环境危害，减少经济损耗，其具有以下功能。
（1)气体分流功能：过量的油气流入会使得吸附剂吸附油气不完全，不均匀，浓度检测结果变化大，微流控分流入口可以减缓油气的流入速度，增加吸附效率，提高检测的精确性。
（2) 微通道可拆卸功能：预浓缩器顶盖和底座的凹槽设计使微通道柱体分离出来，便于使用后的清洁和设备的后期维护，并且在需要更换微通道材料时减少了制作难度。
（3) 增加吸附剂填充的功能：微通道的第一凹槽设计可以极大减少微通道的占用体积，增加吸附剂的填充量从而增加油气的吸附量，提高检测效率。
（4) 高效解吸功能：使用微波解吸避免了安全事故的发生，并增加了解吸效率。
（5）微通道的材料采用石墨烯，可以适用于所有的油气泄漏成分，采用上部中空的设计可以针对某一种油气组分填充吸附剂。
（6）预浓缩器底座和顶盖的凹槽设计，可以使微通道分离出来，当需要使用其它材料的微通道时，只需要制备微通道而不需要制备一整个预浓缩器，使其更方便与清洗和维护并提高了应用于工业生产的可能性。
（7) 解吸部分使用微波解吸更加高效；
（8）本发明中装置灵敏度高，可以对ppb级流量的气体进行检测。
附图说明
图1 本发明中用于油气泄漏检测的微纳级微流控预浓缩器装置的结构示意图；
图2 本发明中预浓缩器的俯视图；
图3 本发明中预浓缩器的主视图；
图中1、微流控入口，2、预浓缩器，201、顶盖，202、底座，3、三棱柱，4、微流控出口，5、浓度计，6、排气管，7、电池，8、进气管，9、微波解吸装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的解释说明，但应当理解为本发明的保护范围并不受具体实施例的限制。
如图1-3所示，本发明中的一种用于油气泄漏检测的微纳级微流控预浓缩器2装置包括预浓缩器2、微波解吸装置9和浓度计5，预浓缩器2入口端设置有微流控入口1，在出口端设置有微流控出口4，预浓缩器2中填充有油气吸附剂，油气由微流控入口1进入预浓缩器2中被油气吸附剂吸附，微波解吸装置9对预浓缩器2进行微波加热，吸附剂受热后解吸出所吸附的油气，解吸出的油气通过微流控出口4流出经浓度计5检测油气浓度。用于向微波解吸装置供电的电池7放置在预浓缩器2底部，微波解吸装置放置在预浓缩器2两侧。吸附剂可选用活性炭，活性炭型号可选柱碳A、MZ02。
用于吸附油气
预浓缩器2包括底座202和顶盖201，在底座202和顶盖201之间设置有腔体，在腔体内填充有吸附剂，吸附剂用于吸附油气，为了便于油气经过腔体时能够更加均匀的分布，以及更加均匀的被吸附剂吸附，在腔体内还间隔设置有若干三棱柱3，三棱柱3竖直设置，三棱柱3的棱线垂直气体流入方向。预浓缩器2呈长方体结构，在左右侧壁上分别设置微流控入口1和微流控出口4，由进气管8和微流控入口1进入的油气经腔体后在腔体内被三棱柱3分流和吸附剂吸附后由微流控出口4流出，当油气与空气的混合气体进入预浓缩器5～10min后微波解吸装置开始运行，对吸附的油气进行解吸。打开微波解吸装置9对预浓缩器2加热解吸出吸附的油气，通过浓度计5检测其浓度。
三棱柱3为正三棱柱3，若干三棱柱3的棱角指向相同，每个三棱柱3中至少一个棱角正对气流流入侧，在本实施例中为正对方形预浓缩器2的左侧面，三棱柱3设置有若干排，每一排三棱柱3均由微流控入口1向微流控出口4延伸，相邻两排三棱柱3交错设置。预浓缩器2包括底座202和顶盖201，底座202和顶盖201盖合后形成腔体，三棱柱3的上下两端分别连接底座202和顶盖201，底座202和顶盖201均采用二氧化硅材料制备而成，三棱柱3采用石墨烯材料制备而成，石墨烯具有吸附作用。
在三棱柱3的外侧壁上设置有第一凹槽，第一凹槽为三角形凹槽，用于增加填充量，从而增加腔体中混合气体与吸附剂的接触面积，同时还能够在为通道内部减缓油气的扩散速度，吸附剂填充于各三棱柱3形成的间隙中。微流控入口1设置有分流管，分流管将气流均分为若干股进入预浓缩器2中。微流控出口4设置有合流管，合流管将预浓缩器2出口的若干股气流合为一股气流后流出。在本实施例中分流管为首先将一股气流分成两股，然后对两股气流各分为三股，即共六股气流进入，六股气流的入口在预浓缩器2的左侧面均匀分布，合流管与分流管正好相反，将六股气流合为一股通过排气管6排出。
在底座202和顶盖201上设置有第二凹槽，用于三棱柱3可拆卸的嵌入至第二凹槽中，三棱柱3即微通道柱体是边长0.01m，高0.08~0.12m的正三棱柱3，微通道柱体共51个，取微通道柱体的一个矩形侧面，连接着个矩形侧面的宽和长的重点形成三角形，并由此三角形制作一个深0.0001m的三角形凹槽，微通道柱体镶嵌在预浓缩器2顶盖201和底座202的第二凹槽中形成微通道。
上述仅为本发明的优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明的技术方案范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于油气泄漏检测的微纳级微流控预浓缩器装置，其特征在于：包括预浓缩器、微波解吸装置和浓度计，所述预浓缩器入口端设置有微流控入口，在出口端设置有微流控出口，所述预浓缩器中填充有油气吸附剂，油气由所述微流控入口进入所述预浓缩器中被所述油气吸附剂吸附，所述微波解吸装置对所述预浓缩器进行微波加热，所述吸附剂受热后解吸出所吸附的油气，解吸出的油气通过微流控出口流出经所述浓度计检测油气浓度。
2.根据权利要求1所述的用于油气泄漏检测的微纳级微流控预浓缩器装置，其特征在于：所述预浓缩器包括腔体，在所述腔体内填充有吸附剂，在所述腔体内还间隔设置有若干三棱柱，所述三棱柱的棱线垂直气体流入方向。
3.根据权利要求1所述的用于油气泄漏检测的微纳级微流控预浓缩器装置，其特征在于：所述三棱柱为正三棱柱，若干三棱柱的棱角指向相同，每个三棱柱中至少一个棱角正对气流。
4.根据权利要求2或3所述的用于油气泄漏检测的微纳级微流控预浓缩器装置，其特征在于：所述三棱柱设置有若干排，每一排三棱柱均由微流控入口向微流控出口延伸，相邻两排三棱柱交错设置。
5.根据权利要求2所述的用于油气泄漏检测的微纳级微流控预浓缩器装置，其特征在于：所述预浓缩器包括底座和顶盖，所述底座和顶盖盖合后形成所述腔体，所述三棱柱的上下两端分别连接所述底座和所述顶盖，所述底座和顶盖均采用二氧化硅材料制备而成。
6.根据权利要求1所述的用于油气泄漏检测的微纳级微流控预浓缩器装置，其特征在于：在所述三棱柱的外侧壁上设置有凹槽，所述吸附剂填充于各三棱柱形成的间隙中。
7.根据权利要求1所述的用于油气泄漏检测的微纳级微流控预浓缩器装置，其特征在于：所述微流控入口设置有分流管，所述分流管将气流均分为若干股进入所述预浓缩器中。
8.根据权利要求1所述的用于油气泄漏检测的微纳级微流控预浓缩器装置，其特征在于：所述微流控出口设置有合流管，所述合流管将预浓缩器出口的若干股气流合为一股气流后流出。
9.根据权利要求1所述的用于油气泄漏检测的微纳级微流控预浓缩器装置，其特征在于：所述三棱柱采用石墨烯材料制备而成。
10.根据权利要求6所述的用于油气泄漏检测的微纳级微流控预浓缩器装置，其特征在于：所述凹槽为三角形凹槽。
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