自增壓供液系統的製作方法

2023-07-25 08:16:06 1

專利名稱：自增壓供液系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於流體器件的自增壓供液系統，特別是用於微流體器件的自增壓供液系統。
背景技術：
近年來，隨著微機電系統(MEMS)技術的發展，湧現出眾多結構、尺寸和流量都要求比較小的微流體器件，如生物晶片，用於筆記本電腦、手機等可攜式電子產品的微型燃料電池，用於微小衛星的微型液體燃料推進器等。這些微流體器件一般要求質量輕，功耗小。要使它們構成完整的獨立器件，必須要有一個質量輕，功耗小的自增壓供液系統與之相配備。一般的壓力驅動流體器件的壓力源由空氣壓縮機，各種電動泵或高壓氮氣瓶等提供，這些壓力源設備結構複雜，質量較重，一般很難微型化，高壓氮氣瓶結構笨重，初始壓力高，漏氣問題突出，而且需要有良好的減壓設備才能使用。近些年研製的MEMS微泵，結構複雜，加工比較困難，增壓能力有限，性能有待進一步提高。因此，有必要研製一種新穎的壓力發生裝置來滿足微流體器件發展的要求。

發明內容
本發明的目的是提供一種能滿足微流體器件質量輕，功耗小要求的自增壓供液系統。
本發明的目的可通過以下技術方案予以實現本發明自增壓供液系統主要由兩部分組成氣體發生器和貯液箱，所述貯液箱可以為球形，也可以為其它形狀。此外還包括壓力傳感器和壓力控制器。貯液箱與氣體發生器通過管道連通，所述管道連通壓力傳感器，壓力控制器通過電路與壓力傳感器和氣體發生器連接。
氣體發生器的工作原理是使用電加熱器將碳酸氫銨(NH4HCO3)(或者其它加熱分解產氣固體化學藥品，如碳酸氫鈉，偶氮二異丁腈等)加熱分解產生氣體。化學反應式為
貯液箱可以由一張鬆弛而富有彈性的隔膜分隔成兩半，隔膜一側貯存流體器件所需的液體或氣體，而另一側與氣體發生器連通，氣體發生器產生的壓力氣體將所需的液體壓入流體器件，達到供液的目的。當然在不怕氨氣和二氧化碳汙染液體的應用場合也可以不設置隔膜。但為了減小藥品用量，可以在貯液箱中預先充入氧氣和二氧化碳並使這兩種氣體在液體中的溶解度達到飽和。
系統內部的壓力可以由一壓力傳感器來檢測，並由一壓力控制器根據壓力信號的大小控制氣體發生器的電加熱器電源的通斷來控制。這樣，可以在系統的控制電路上設定某一壓力，當系統內氣壓小於設定值時，加熱器電源接通，NH4HCO3開始分解產生氣體，使系統內的壓力升高。當壓力超過設定值時，加熱器電源斷開，維持設定壓力。
由於NH4HCO3分解後全部變為氣體和水，緊鐵加熱器的藥品最先分解消失，如果不採取一定的措施餘下的藥品與加熱器不能相互接觸，導熱不良，造成嚴重的散熱損失。為此本發民利用安置在裝藥桶底部的彈簧將藥桶頂起，使餘下的藥品與加熱器始終保持緊密接觸。
本發明質量輕，功耗小、使用方便，能滿足微流體器件發展的要求，具有良好的應用前景。


圖1為本發明自增壓供液系統的結構示意圖；圖2為圖1中氣體發生器2的剖視圖；圖3為圖1中貯液箱1的剖視圖；具體實施方式
參照附圖1，本發明主要包括貯液箱1，氣體發生器2，壓力傳感器3和壓力控制器4。貯液箱1與氣體發生器2通過管道連通，所述管道連通壓力傳感器3，壓力控制器4通過電路與壓力傳感器3和氣體發生器2連接。當貯液箱1中的液體被消耗一部分之後，由壓力傳感器3感應到箱體的壓力降低，壓力信號傳入壓力控制器4，再由控制器4控制氣體發生器2加熱產生氣體，壓力隨之增高。當氣體發生器2產生過多的氣體，壓力高於設定值後，壓力控制器4斷開氣體發生器2中加熱器10的電源，停止加熱產氣。由此可使貯液箱1維持一定的壓力。
參照附圖2，氣體發生器2包括密閉容器11，密閉容器11內設有裝藥桶14，裝藥桶14內裝有固體化學藥品13，加熱器10緊密接觸固體化學藥品13，加熱器10的電源導線7引出到密閉容器11外部並連接壓力控制器4。氣體發生器2的基本工作原理是加熱器10對易分解產氣固體化學藥品13進行加熱，化學藥品13被加熱溫度升高到一定程度以後即分解產生氣體。化學藥品13的成分可為NH4HCO3，NH4HCO3被加熱至80左右時分解產生二氧化碳，氨氣和水。
由於NH4HCO3固體完全分解無殘渣，可利用一彈簧15安置於裝藥桶14的底部，當接觸加熱器10的藥品分解消失後，由於彈簧15的彈力作用將裝藥桶14頂起，使餘下的藥品持續與加熱器10緊密接觸。由於購買的NH4HCO3一般為鬆軟的白色粉末，故再裝入裝藥桶14時可將NH4HCO3粉末壓嚴實，這樣一來可充分利用裝藥桶13的空間，可裝載更多的藥品；二是嚴實的藥品頂得住彈簧的應力不至於使加熱器10一開始就深陷入藥品13當中。
加熱器10置密閉容器11當中，需要電源導線7引出到容器外部，但又要保證容器的氣密性。因此必須採取一定的特殊結構和措施來實現這一功能加熱器10與容器11的頂蓋之間夾有一塊既絕熱又可密封的材料9，此材料可為聚四氟乙烯，能耐兩百至三百度高溫。用長條形螺栓8將加熱器10，絕熱密封材料9，和容器11的頂蓋凸臺聯結起來，擰緊，可達到密封效果。容器11頂蓋有突臺是用於加工死孔連接螺栓，因為如果是通孔則容易產生洩漏。加熱器10的引線7可再絕熱材料9和容器11的頂蓋打兩個小孔引出而不影響容器的氣密性。
氣體發生器的外殼，即容器11一般採用金屬，如不鏽鋼，鈦合金，鋁合金等製作，金屬導熱性強，容易散熱，故需要在內壁覆蓋一層絕熱材料12，如可特別是用聚四氟乙烯製作。
此外，由於NH4HCO3固體本身加熱容易揮發，工作一段時間後會有一小部分固體凝結在絕熱材料12上。故絕熱材料12的內壁與裝藥桶14的外壁藥預留有一定的間隙，才能使裝藥桶14在彈簧15的作用下順利推動。
參照附圖3為本發明液體貯箱的一種具體實施例子，外殼可以為球形，這樣使用的好處是相同容積下球殼的表面積最小，貯箱的重量較小。特別是適用對重量要求比較高的場合，如微小衛星的燃料箱。球殼的中間隔有一張柔性隔膜5，可以為橡膠薄膜或己丙膠膜。這張膜的作用是將上下的氣液隔開，避免液體受到二氧化碳或氨氣的汙染。另外一個好處是有了隔膜，氣體就不會溶解到液體中，有利於系統有效快速的增壓，同時減少了藥品的使用量。在作為衛星燃料貯箱的應用場合當中，在失重狀態下，隔膜5保證了氣液保持分離，保證只有液體燃料才可以出口16排出。
當然在不怕氨氣和二氧化碳汙染液體的應用場合也可以不設置隔膜5。但為了減小藥品用量可以在貯液箱1中預先充入氧氣和二氧化碳並使這兩種氣體在液體中的溶解度達到飽和。
壓力控制器4可以電壓信號輸入，繼電器輸出控制加熱器電源的通斷。壓力傳感器3可為MEMS晶片式嵌於壓力容器內壁，也可為普通圓柱形的傳感器。晶片式可使系統的質量大為降低。
權利要求
1.一種自增壓供液系統，其特徵在於包括貯液箱(1)、氣體發生器(2)、壓力傳感器(3)和壓力控制器(4)，貯液箱(1)與氣體發生器(2)通過管道連通，所述管道連通壓力傳感器(3)，壓力控制器(4)通過電路與壓力傳感器(3)和氣體發生器(2)連接；所述氣體發生器(2)包括密閉容器(11)，密閉容器(11)內設有裝藥桶(14)，裝藥桶(14)內裝有固體化學藥品(13)，加熱器(10)緊密接觸固體化學藥品(13)，加熱器(10)的電源導線(7)引出到密閉容器(11)外部並連接壓力控制器(4)。
2.如權利要求1所述的自增壓供液系統，其特徵在於所述貯液箱(1)為球形。
3.如權利要求1或2所述的自增壓供液系統，其特徵在於所述貯液箱(1)由一張鬆弛而富有彈性的隔膜(5)分隔成兩半，隔膜(5)一側貯存流體器件所需的液體或氣體，而另一側與氣體發生器(2)連通，氣體發生器(2)產生的壓力氣體將所需的液體壓入流體器件，達到供液的目的。
4.如權利要求3所述的自增壓供液系統，其特徵在於所述隔膜(5)為橡膠薄膜或已丙膠膜。
5.如權利要求1所述的自增壓供液系統，其特徵在於所述固體化學藥品(13)為碳酸氫銨。
6.如權利要求1所述的自增壓供液系統，其特徵在於所述加熱器(10)與密閉容器(11)的項蓋之間夾有絕熱密封材料(9)，用長條形螺栓(8)將加熱器(10)、絕熱密封材料(9)、和密閉容器(11)的頂蓋聯結起來。
7.如權利要求1或6所述的自增壓供液系統，其特徵在於所述裝藥桶(14)底部設有彈簧(15)。
8.如權利要求1所述的自增壓供液系統，其特徵在於所述密閉容器(11)內壁覆蓋有絕熱材料(12)。
9.如權利要求1所述的自增壓供液系統，其特徵在於所述壓力控制器(4)根據壓力傳感器(3)檢測到的壓力信號的大小控制加熱器(10)電源的通斷。
10.如權利要求1或9所述的自增壓供液系統，其特徵在於所述壓力控制器(4)以電壓信號輸入，繼電器輸出控制加熱器(10)電源的通斷。
全文摘要
本發明提供了一種能滿足微流體器件質量輕，功耗小要求的自增壓供液系統。包括貯液箱1、氣體發生器2、壓力傳感器3和壓力控制器4，貯液箱1與氣體發生器2通過管道連通，所述管道連通壓力傳感器3，壓力控制器4通過電路與壓力傳感器3和氣體發生器2連接；氣體發生器2包括密閉容器11，密閉容器11內設有裝藥桶14，裝藥桶14內裝有固體化學藥品13，加熱器10緊密接觸固體化學藥品13，加熱器10的電源導線7引出到密閉容器11外部並連接壓力控制器4。氣體發生器使用電加熱器將固體化學藥品加熱分解產生氣體。壓力氣體將所需的液體壓入流體器件，達到供液的目的。本發明質量輕，功耗小、使用方便，能滿足微流體器件發展的要求，具有良好應用前景。
文檔編號F17D1/12GK1936412SQ20061012273
公開日2007年3月28日 申請日期2006年10月13日 優先權日2006年10月13日
發明者徐進良, 岑繼文 申請人:中國科學院廣州能源研究所