專利名稱：自增壓供液系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于流體器件的自增壓供液系統(tǒng)，特別是用于微流體器件的自增壓供液系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的發(fā)展，涌現(xiàn)出眾多結(jié)構(gòu)、尺寸和流量都要求比較小的微流體器件，如生物芯片，用于筆記本電腦、手機(jī)等便攜式電子產(chǎn)品的微型燃料電池，用于微小衛(wèi)星的微型液體燃料推進(jìn)器等。這些微流體器件一般要求質(zhì)量輕，功耗小。要使它們構(gòu)成完整的獨(dú)立器件，必須要有一個(gè)質(zhì)量輕，功耗小的自增壓供液系統(tǒng)與之相配備。一般的壓力驅(qū)動(dòng)流體器件的壓力源由空氣壓縮機(jī)，各種電動(dòng)泵或高壓氮?dú)馄康忍峁@些壓力源設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量較重，一般很難微型化，高壓氮?dú)馄拷Y(jié)構(gòu)笨重，初始?jí)毫Ω撸鈫栴}突出，而且需要有良好的減壓設(shè)備才能使用。近些年研制的MEMS微泵，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工比較困難，增壓能力有限，性能有待進(jìn)一步提高。因此，有必要研制一種新穎的壓力發(fā)生裝置來滿足微流體器件發(fā)展的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能滿足微流體器件質(zhì)量輕，功耗小要求的自增壓供液系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的可通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明自增壓供液系統(tǒng)主要由兩部分組成氣體發(fā)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(fā)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(fā)生器連接。
氣體發(fā)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(chǎn)氣固體化學(xué)藥品，如碳酸氫鈉，偶氮二異丁腈等)加熱分解產(chǎn)生氣體?；瘜W(xué)反應(yīng)式為
貯液箱可以由一張松弛而富有彈性的隔膜分隔成兩半，隔膜一側(cè)貯存流體器件所需的液體或氣體，而另一側(cè)與氣體發(fā)生器連通，氣體發(fā)生器產(chǎn)生的壓力氣體將所需的液體壓入流體器件，達(dá)到供液的目的。當(dāng)然在不怕氨氣和二氧化碳污染液體的應(yīng)用場(chǎng)合也可以不設(shè)置隔膜。但為了減小藥品用量，可以在貯液箱中預(yù)先充入氧氣和二氧化碳并使這兩種氣體在液體中的溶解度達(dá)到飽和。
系統(tǒng)內(nèi)部的壓力可以由一壓力傳感器來檢測(cè)，并由一壓力控制器根據(jù)壓力信號(hào)的大小控制氣體發(fā)生器的電加熱器電源的通斷來控制。這樣，可以在系統(tǒng)的控制電路上設(shè)定某一壓力，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)氣壓小于設(shè)定值時(shí)，加熱器電源接通，NH4HCO3開始分解產(chǎn)生氣體，使系統(tǒng)內(nèi)的壓力升高。當(dāng)壓力超過設(shè)定值時(shí)，加熱器電源斷開，維持設(shè)定壓力。
由于NH4HCO3分解后全部變?yōu)闅怏w和水，緊鐵加熱器的藥品最先分解消失，如果不采取一定的措施余下的藥品與加熱器不能相互接觸，導(dǎo)熱不良，造成嚴(yán)重的散熱損失。為此本發(fā)民利用安置在裝藥桶底部的彈簧將藥桶頂起，使余下的藥品與加熱器始終保持緊密接觸。
本發(fā)明質(zhì)量輕，功耗小、使用方便，能滿足微流體器件發(fā)展的要求，具有良好的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明自增壓供液系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中氣體發(fā)生器2的剖視圖；圖3為圖1中貯液箱1的剖視圖；具體實(shí)施方式
參照附圖1，本發(fā)明主要包括貯液箱1，氣體發(fā)生器2，壓力傳感器3和壓力控制器4。貯液箱1與氣體發(fā)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(fā)生器2連接。當(dāng)貯液箱1中的液體被消耗一部分之后，由壓力傳感器3感應(yīng)到箱體的壓力降低，壓力信號(hào)傳入壓力控制器4，再由控制器4控制氣體發(fā)生器2加熱產(chǎn)生氣體，壓力隨之增高。當(dāng)氣體發(fā)生器2產(chǎn)生過多的氣體，壓力高于設(shè)定值后，壓力控制器4斷開氣體發(fā)生器2中加熱器10的電源，停止加熱產(chǎn)氣。由此可使貯液箱1維持一定的壓力。
參照附圖2，氣體發(fā)生器2包括密閉容器11，密閉容器11內(nèi)設(shè)有裝藥桶14，裝藥桶14內(nèi)裝有固體化學(xué)藥品13，加熱器10緊密接觸固體化學(xué)藥品13，加熱器10的電源導(dǎo)線7引出到密閉容器11外部并連接壓力控制器4。氣體發(fā)生器2的基本工作原理是加熱器10對(duì)易分解產(chǎn)氣固體化學(xué)藥品13進(jìn)行加熱，化學(xué)藥品13被加熱溫度升高到一定程度以后即分解產(chǎn)生氣體?；瘜W(xué)藥品13的成分可為NH4HCO3，NH4HCO3被加熱至80左右時(shí)分解產(chǎn)生二氧化碳，氨氣和水。
由于NH4HCO3固體完全分解無殘?jiān)衫靡粡椈?5安置于裝藥桶14的底部，當(dāng)接觸加熱器10的藥品分解消失后，由于彈簧15的彈力作用將裝藥桶14頂起，使余下的藥品持續(xù)與加熱器10緊密接觸。由于購(gòu)買的NH4HCO3一般為松軟的白色粉末，故再裝入裝藥桶14時(shí)可將NH4HCO3粉末壓嚴(yán)實(shí)，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(yán)實(shí)的藥品頂?shù)米椈傻膽?yīng)力不至于使加熱器10一開始就深陷入藥品13當(dāng)中。
加熱器10置密閉容器11當(dāng)中，需要電源導(dǎo)線7引出到容器外部，但又要保證容器的氣密性。因此必須采取一定的特殊結(jié)構(gòu)和措施來實(shí)現(xiàn)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(zhǎng)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(tái)聯(lián)結(jié)起來，擰緊，可達(dá)到密封效果。容器11頂蓋有突臺(tái)是用于加工死孔連接螺栓，因?yàn)槿绻峭讋t容易產(chǎn)生泄漏。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(gè)小孔引出而不影響容器的氣密性。
氣體發(fā)生器的外殼，即容器11一般采用金屬，如不銹鋼，鈦合金，鋁合金等制作，金屬導(dǎo)熱性強(qiáng)，容易散熱，故需要在內(nèi)壁覆蓋一層絕熱材料12，如可特別是用聚四氟乙烯制作。
此外，由于NH4HCO3固體本身加熱容易揮發(fā)，工作一段時(shí)間后會(huì)有一小部分固體凝結(jié)在絕熱材料12上。故絕熱材料12的內(nèi)壁與裝藥桶14的外壁藥預(yù)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(dòng)。
參照附圖3為本發(fā)明液體貯箱的一種具體實(shí)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(duì)重量要求比較高的場(chǎng)合，如微小衛(wèi)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污染。另外一個(gè)好處是有了隔膜，氣體就不會(huì)溶解到液體中，有利于系統(tǒng)有效快速的增壓，同時(shí)減少了藥品的使用量。在作為衛(wèi)星燃料貯箱的應(yīng)用場(chǎng)合當(dāng)中，在失重狀態(tài)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(dāng)然在不怕氨氣和二氧化碳污染液體的應(yīng)用場(chǎng)合也可以不設(shè)置隔膜5。但為了減小藥品用量可以在貯液箱1中預(yù)先充入氧氣和二氧化碳并使這兩種氣體在液體中的溶解度達(dá)到飽和。
壓力控制器4可以電壓信號(hào)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芯片式嵌于壓力容器內(nèi)壁，也可為普通圓柱形的傳感器。芯片式可使系統(tǒng)的質(zhì)量大為降低。
權(quán)利要求
1.一種自增壓供液系統(tǒng)，其特征在于包括貯液箱(1)、氣體發(fā)生器(2)、壓力傳感器(3)和壓力控制器(4)，貯液箱(1)與氣體發(fā)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(fā)生器(2)連接；所述氣體發(fā)生器(2)包括密閉容器(11)，密閉容器(11)內(nèi)設(shè)有裝藥桶(14)，裝藥桶(14)內(nèi)裝有固體化學(xué)藥品(13)，加熱器(10)緊密接觸固體化學(xué)藥品(13)，加熱器(10)的電源導(dǎo)線(7)引出到密閉容器(11)外部并連接壓力控制器(4)。
2.如權(quán)利要求1所述的自增壓供液系統(tǒng)，其特征在于所述貯液箱(1)為球形。
3.如權(quán)利要求1或2所述的自增壓供液系統(tǒng)，其特征在于所述貯液箱(1)由一張松弛而富有彈性的隔膜(5)分隔成兩半，隔膜(5)一側(cè)貯存流體器件所需的液體或氣體，而另一側(cè)與氣體發(fā)生器(2)連通，氣體發(fā)生器(2)產(chǎn)生的壓力氣體將所需的液體壓入流體器件，達(dá)到供液的目的。
4.如權(quán)利要求3所述的自增壓供液系統(tǒng)，其特征在于所述隔膜(5)為橡膠薄膜或已丙膠膜。
5.如權(quán)利要求1所述的自增壓供液系統(tǒng)，其特征在于所述固體化學(xué)藥品(13)為碳酸氫銨。
6.如權(quán)利要求1所述的自增壓供液系統(tǒng)，其特征在于所述加熱器(10)與密閉容器(11)的項(xiàng)蓋之間夾有絕熱密封材料(9)，用長(zhǎng)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(lián)結(jié)起來。
7.如權(quán)利要求1或6所述的自增壓供液系統(tǒng)，其特征在于所述裝藥桶(14)底部設(shè)有彈簧(15)。
8.如權(quán)利要求1所述的自增壓供液系統(tǒng)，其特征在于所述密閉容器(11)內(nèi)壁覆蓋有絕熱材料(12)。
9.如權(quán)利要求1所述的自增壓供液系統(tǒng)，其特征在于所述壓力控制器(4)根據(jù)壓力傳感器(3)檢測(cè)到的壓力信號(hào)的大小控制加熱器(10)電源的通斷。
10.如權(quán)利要求1或9所述的自增壓供液系統(tǒng)，其特征在于所述壓力控制器(4)以電壓信號(hào)輸入，繼電器輸出控制加熱器(10)電源的通斷。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種能滿足微流體器件質(zhì)量輕，功耗小要求的自增壓供液系統(tǒng)。包括貯液箱1、氣體發(fā)生器2、壓力傳感器3和壓力控制器4，貯液箱1與氣體發(fā)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(fā)生器2連接；氣體發(fā)生器2包括密閉容器11，密閉容器11內(nèi)設(shè)有裝藥桶14，裝藥桶14內(nèi)裝有固體化學(xué)藥品13，加熱器10緊密接觸固體化學(xué)藥品13，加熱器10的電源導(dǎo)線7引出到密閉容器11外部并連接壓力控制器4。氣體發(fā)生器使用電加熱器將固體化學(xué)藥品加熱分解產(chǎn)生氣體。壓力氣體將所需的液體壓入流體器件，達(dá)到供液的目的。本發(fā)明質(zhì)量輕，功耗小、使用方便，能滿足微流體器件發(fā)展的要求，具有良好應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)F17D1/12GK1936412SQ20061012273
公開日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2006年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月13日
發(fā)明者徐進(jìn)良, 岑繼文 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所