自動式微尺度氣液相分離器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于微流體控制領(lǐng)域，具體涉及一種自動式微尺度氣液相分離器。在半導(dǎo)體硅基片上蝕刻出兩條微通道，分別作為氣液相進口流道和氣相出口流道，兩條流道之間由肋條隔開；在微通道的下游、肋條的一側(cè)沿寬度方向蝕刻一排肋柱，肋柱的另一側(cè)為液相出口流道；在氣液相進口流道、氣相出口流道和液相出口流道上方安裝蓋板進行封裝。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)微尺度相分離器需要對流道材料進行表面處理或增加額外動力來實現(xiàn)相分離的局限，利用流體的慣性力和氣液界面的表面張力作用，自動實現(xiàn)氣液兩相分離效果。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，分離效率高。
【專利說明】自動式微尺度氣液相分離器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微流體控制領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于化學(xué)等領(lǐng)域流體的吸收、萃取和分離的自動式微尺度氣液相分離器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，微流體元件廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，其特點為有更大的表面積和體積比，能滿足更小的空間需求。相分離技術(shù)在微流體多相流中是相當(dāng)重要的一個環(huán)節(jié)。在化學(xué)工程領(lǐng)域，微尺度下的萃取和吸收過程變的越來越重要。
[0003]在相分離過程中，分離方法主要通過利用重力、離心力、表面張力和材料表面處理等來實現(xiàn)相分離。區(qū)別于傳統(tǒng)大尺度，重力在微尺度下不占主導(dǎo)地位，可忽略不計，因此無法通過借助重力的傳統(tǒng)方法實現(xiàn)相分離。離心力在實現(xiàn)相分離過程中需要借助額外施加的力來實現(xiàn)，如產(chǎn)生離心力所需的驅(qū)動功。微尺度下利用表面張力進行相分離是利用薄膜或微結(jié)構(gòu)，額外制造分離器兩端的壓力差使一相通過薄膜或微結(jié)構(gòu)，利用界面表面張力阻止另一相通過，實現(xiàn)相分離過程。通過對流道表面進行親水性和疏水性處理同樣是相分離技術(shù)的重要手段。但表面處理會被熱和PH破壞，因此表面處理對操作環(huán)境有一定局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種自動式微尺度氣液相分離器，可以克服傳統(tǒng)相分離器需要借助額外動力，無法自動實現(xiàn)相分離過程這一缺點，使分離器擺脫了應(yīng)用環(huán)境的限制。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]在半導(dǎo)體硅基片上蝕刻出兩條微通道，分別作為氣液相進口流道和氣相出口流道，兩條流道之間由肋條隔開；在微通道的下游、肋條的一側(cè)沿寬度方向蝕刻一排肋柱，肋柱的另一側(cè)為液相出口流道；在氣液相進口流道、氣相出口流道和液相出口流道上方安裝蓋板進行封裝。
[0007]所述氣液相進口流道的寬度為ΙΟΟμπι?200 μ m,深度為100 μ m?200 μ m ;所述
肋條與肋柱間的流道的寬度和深度與氣液相進口流道的寬度和深度相同；所述氣相出口流道的深度與氣液相進口流道的深度相同。
[0008]所述肋柱的截面為圓形或方形，其直徑或邊長為5 μ m?10 μ m，肋柱的上端與蓋板的下表面接觸；肋柱之間的間距等于肋柱的直徑。
[0009]所述液相出口流道區(qū)域?qū)挾鹊扔跉庖合噙M口流道、氣相出口流道以及肋條的寬度之和，深度與氣液相進口流道的深度相同。
[0010]本發(fā)明的有益效果為:
[0011](I)由于表面張力的作用，氣體無法穿過肋柱，因此肋柱網(wǎng)具有通液阻氣的作用；
[0012](2)在無需外力的作用下，利用流體自身的慣性力作用，使液體通過肋柱網(wǎng)進入微通道下游，實現(xiàn)氣液相分離，具有自驅(qū)動功能；
[0013](3)簡化了分離過程，且分離器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，易于推廣。【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的自動式微尺度相分離器的外部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為圖1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為圖1的A-A剖視圖；
[0017]圖4為圖3的B-B剖視圖。
[0018]圖中標(biāo)號:
[0019]1-肋條；2_肋柱；3_蓋板。
【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明提供了一種自動式微尺度相分離器，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0021]該分離器的結(jié)構(gòu)如圖1至圖4所示，在半導(dǎo)體硅基片上蝕刻出兩條微通道，分別作為氣液相進口流道和氣相出口流道，兩條流道之間由肋條I隔開；在微通道的下游、肋條I的一側(cè)沿寬度方向蝕刻一排肋柱2，肋柱2的另一側(cè)為液相出口流道；在氣液相進口流道、氣相出口流道和液相出口流道上方安裝蓋板3進行封裝。
[0022]氣液相進口流道的寬度不小于ΙΟΟμπι即可，在本發(fā)明中取為100 μ m，深度為10ym ;肋條I與肋柱2間的流道的寬度和深度與氣液相進口流道的寬度和深度相同；氣相出口流道的深度與氣液相進口流道的深度相同。肋柱2的截面為圓形，直徑為5μπι，肋柱2的上端與蓋板3的下表面接觸；肋柱2之間的間距等于肋柱2的直徑。液相出口流道區(qū)域?qū)挾鹊扔跉庖合噙M口流道、氣相出口流道以及肋條I的寬度之和，深度與氣液相進口流道的深度相同。
[0023]本發(fā)明的工作原理為:
[0024](I)首先氣液兩相進入氣液相進口流道，呈彈狀流流型；由于表面張力作用，氣相無法穿過肋柱2，被迫向下進入氣相出口流道；
[0025](2)液相由于慣性力作用，可以穿過肋柱2，進入肋柱2后的液相出口流道。肋柱2 一方面阻隔了氣體并使液體通過，達到了氣液分流的效果；另一方面，液相通過肋柱2時利用慣性力作用，無需額外動力，使液相從兩相中分離出，結(jié)構(gòu)簡單減小功耗。
[0026]制備時，先蝕刻出氣液相進口流道和氣相出口流道，兩者間由肋條I隔開；然后蝕刻出一排肋柱，并在肋條下游刻蝕出液相出口流道；最后采用高壓靜電場鍵合技術(shù)將蓋板3封裝在微通道上方。
[0027]上述實施方式是對本發(fā)明的說明，不是對本發(fā)明的限定，任何對本發(fā)明簡單變換后的結(jié)構(gòu)均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.自動式微尺度氣液相分離器，其特征在于，在半導(dǎo)體硅基片上蝕刻出兩條微通道，分另Ij作為氣液相進口流道和氣相出口流道，兩條流道之間由肋條⑴隔開；在微通道的下游、肋條(I)的一側(cè)沿寬度方向蝕刻一排肋柱(2)，肋柱(2)的另一側(cè)為液相出口流道；在氣液相進口流道、氣相出口流道和液相出口流道上方安裝蓋板(3)進行封裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動式微尺度氣液相分離器，其特征在于，所述氣液相進口流道的寬度為10ym?200μπι，深度為100 μ m?200 μ m ;所述肋條⑴與肋柱⑵間的流道的寬度和深度與氣液相進口流道的寬度和深度相同；所述氣相出口流道的深度與氣液相進口流道的深度相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動式微尺度氣液相分離器，其特征在于，所述肋柱(2)的截面為圓形或方形，其直徑或邊長為5μπι?ΙΟμπι，肋柱(2)的上端與蓋板(3)的下表面接觸；肋柱(2)之間的間距等于肋柱(2)的直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動式微尺度氣液相分離器，其特征在于，所述液相出口流道區(qū)域?qū)挾鹊扔跉庖合噙M口流道、氣相出口流道以及肋條(I)的寬度之和，深度與氣液相進口流道的深度相同。
【文檔編號】B01D45/04GK104028050SQ201410250650
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】安賓, 孫東亮, 徐進良 申請人:華北電力大學(xué)