本發(fā)明涉及液體泵送領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于液態(tài)金屬導(dǎo)電致動性的液體輸送系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

化學(xué)液體在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛使用，為了提高生產(chǎn)效率，經(jīng)常需要使用泵送裝置實現(xiàn)化學(xué)液體的輸送。大多數(shù)的化學(xué)產(chǎn)品具有一定的毒性，呈現(xiàn)酸性或堿性，與金屬鐵、鋁反應(yīng)，一般不能使用傳統(tǒng)的機械泵輸送，需要配備相應(yīng)的泵送裝置。近年來，微流體技術(shù)迅速發(fā)展，作為驅(qū)動微流體的泵送裝置目前存在著運行不穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及輸送液體流量小等問題。

目前，傳統(tǒng)的泵送裝置包括葉片泵、容積泵等，通過依靠葉片旋轉(zhuǎn)或容積變化來形成壓強差，驅(qū)動液體運動。這些泵送裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各運動部件相互摩擦，噪音較大，容易出現(xiàn)機械故障。而且泵送裝置對輸送液體的種類和溫度有所限制，一種特定的泵送設(shè)備只能輸送一種或者幾種液體，運行溫度不能超過規(guī)定溫度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對目前液體泵送裝置存在的缺點，本發(fā)明基于液態(tài)金屬的導(dǎo)電致動性提出了一種液體輸送系統(tǒng)。

本發(fā)明的液體輸送系統(tǒng)，包括：液態(tài)金屬液滴發(fā)生裝置、輸送管道、電場發(fā)生裝置；其中，所述液態(tài)金屬液滴發(fā)生裝置設(shè)在所述輸送管道的進口端，用于產(chǎn)生液態(tài)金屬液滴；所述輸送管道用于所述液態(tài)金屬液滴輸送待輸送液體；所述電場發(fā)生裝置用于給所述液態(tài)金屬液滴輸送待輸送液體提供驅(qū)動力。

優(yōu)選地，所述輸送管道包括：注入段、驅(qū)動段和分離段；其中，所述注入段包括注入液態(tài)金屬液滴和待輸送液體；所述分離段包括直管道和分支管道；所述分支管道至少包括2個分支管道，分別用于輸送液態(tài)金屬和待輸送液體；所述直管道設(shè)于所述分支管道之間。

優(yōu)選地，所述直管道和所述分支管道成60-150度夾角，優(yōu)選為90度夾角。

優(yōu)選地，所述注入段與驅(qū)動段成90度夾角。

優(yōu)選地，所述輸送管道由塑料、硅化合物、陶瓷、銅、乳膠中的一種或多種材料制得。

優(yōu)選地，所述電場發(fā)生裝置包括兩個電極和電源；其中，一個電極設(shè)在所述輸送管道的進口端，緊鄰所述液態(tài)金屬液滴發(fā)生裝置中液滴生成處，并與所述電源的陰極相連；另一個電極設(shè)在所述輸送管道的出口端，與所述電源的陽極相連。

優(yōu)選地，所述兩個電極分別與所述輸送管道接觸，接觸長度為5mm-10mm。

優(yōu)選地，所述電源為24-30V直流電源。

優(yōu)選地，所述液態(tài)金屬液滴發(fā)生裝置包括螺紋點膠針頭注射器。

優(yōu)選地，所述螺紋點膠針頭的直徑為2mm-5mm，與所述輸送管道的接觸長度為40mm-50mm。

優(yōu)選地，所述液態(tài)金屬為鎵、銦、錫、鎵銦合金中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述待輸送液體為導(dǎo)電液體。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括待輸送液體接收裝置和液態(tài)金屬接收裝置。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括盛放待輸送液體的裝置，將所述管道的注入段浸入所述裝置中。

本發(fā)明提出的基于液態(tài)金屬導(dǎo)電致動性的液體輸送系統(tǒng)可以應(yīng)用于化學(xué)液體和高溫液體的輸送上。本發(fā)明的輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，可以通過更換管道材質(zhì)適應(yīng)多種液體運輸，克服液體溫度的限制，實現(xiàn)一泵多用。而且本發(fā)明的輸送系統(tǒng)無機械部件，使用壽命較長。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中液體輸送系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中液體輸送系統(tǒng)中輸送管道的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中液體輸送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明的液體輸送系統(tǒng)，包括：液態(tài)金屬液滴發(fā)生裝置1、輸送管道2、電場發(fā)生裝置；其中，所述液態(tài)金屬液滴發(fā)生裝置設(shè)在輸送管道的進口端，用于產(chǎn)生液態(tài)金屬液滴；所述輸送管道用于所述液態(tài)金屬液滴輸送待輸送液體；所述電場發(fā)生裝置用于給所述液態(tài)金屬液滴輸送待輸送液體提供驅(qū)動力。

其中，液態(tài)金屬是指在常溫下為液態(tài)的金屬，如金屬汞，但是其較強的毒性限制了它在工業(yè)生產(chǎn)中的使用。液態(tài)金屬具有良好的導(dǎo)電性和流動性，研究表明：在外加電場的驅(qū)動作用下，液態(tài)金屬可以在充滿導(dǎo)電溶液的特定形狀管道中定向移動，同時推動導(dǎo)電溶液運動。本發(fā)明利用液態(tài)金屬的導(dǎo)電致動性，利用電場發(fā)生裝置所提供的靜電驅(qū)動力，推動帶電溶液輸送至所需位置。

本發(fā)明可以通過更換管道材料實現(xiàn)多種化學(xué)液體和高溫液體的輸送。本發(fā)明的液體輸送系統(tǒng)可用于水、化學(xué)液體、高溫液體和微流體等常規(guī)液體的輸送。所述液體優(yōu)選為導(dǎo)電液體。如鹽酸、硫酸、硝酸等各種液體。

為了實現(xiàn)所輸送的液態(tài)金屬和待輸送液體的分離，在一個優(yōu)選實施例中，所述的輸送管道包括：注入段2-1、驅(qū)動段2-2和分離段2-3；其中，所述注入段包括注入液態(tài)金屬液滴和待輸送液體；所述分離段包括直管道和分支管道；所述分支管道至少包括2個分支管道，分別輸送液態(tài)金屬和待輸送液體。所述直管道設(shè)于兩分支管道之間，用于輸送分離開的液態(tài)金屬進入分支管道。

在優(yōu)選的實施例中，將管道注入段2-1浸沒于待輸送液體中，確保注入段2-1一直有待輸送液體存在，液態(tài)金屬液滴在注入段2-1處進入輸送管道，在電場的作用下，在管道驅(qū)動段2-2推動待輸送液體沿著管道2運動。此時，液態(tài)金屬液滴發(fā)生裝置也有部分浸沒在待輸送液體中。

其中，優(yōu)選2個分支管道。1個分支管道設(shè)在靠近驅(qū)動段處，另1個分支管道設(shè)在遠離驅(qū)動段處。待輸送液體在分支管道，由于自身的重力作用與液態(tài)金屬分離，進入靠近驅(qū)動段的分支管道，而液態(tài)金屬由于陽極的吸引，在電場的作用下繼續(xù)運動，聚集在陽極附近，當(dāng)聚集較多后，靠近遠離驅(qū)動段的分支管道處的液態(tài)金屬也由于重力的作用進入分支管道中。

其中，為了能更快地將液態(tài)金屬和待輸送液體分離開來，在一個優(yōu)選實施例中，所述直管道2-2和所述分支管道2-3成60-150度夾角，優(yōu)選為90度夾角，如圖2所示。當(dāng)夾角為90度時，液態(tài)金屬和待輸送液體在自身重力下能更快的進入分支管道。

在一個優(yōu)選的實施例中，為了更加便利地設(shè)置液態(tài)金屬液滴發(fā)生裝置1，輸送管道中的注入段2-1與驅(qū)動段2-2成90度夾角。

本發(fā)明實施例中的輸送管道2中各個部分的長度可以根據(jù)待輸送液體和液態(tài)金屬的性能設(shè)置，根據(jù)實際應(yīng)用調(diào)整管段長度和直徑。在實施例中，優(yōu)選地，輸送管道2的直徑為5-15mm，優(yōu)選為10mm。注入段的長度為30-80mm，優(yōu)選為50mm。驅(qū)動段為200-300mm，優(yōu)選為250mm。分離段中的直管段為50-150mm，優(yōu)選為100mm。分離段中用于輸送待輸送液體的分支管的長度值為50-100mm，優(yōu)選為70mm。用于輸送液態(tài)金屬的分支管的長度值為50-100mm，優(yōu)選為80mm。

本發(fā)明實施例中的輸送管道2可以由本領(lǐng)域中常用的材料制得，可以根據(jù)所需輸送的液體的種類和溫度選用輸送管道的材質(zhì)。在優(yōu)選實施例中，輸送管道2由塑料、硅化合物、陶瓷、銅、乳膠中的一種或多種材料制得，也可以使用彈性材料制得。

在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，本發(fā)明中的輸送管道2一體化成型，可以選用本領(lǐng)域中常見的方法制備得到。如塑料材質(zhì)的管道2采用注塑成型工藝加工制得，硅膠材質(zhì)的管道2采用擠出工藝加工制得，陶瓷材質(zhì)的管道2采用燒結(jié)成型工藝加工制得，銅管材質(zhì)的管道2可以采用上引法、連鑄連軋法、和/或、擠壓法加工制得。在本發(fā)明更優(yōu)選的實施例中使用擠壓成型技術(shù)制備輸送管道。

在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，所述電場發(fā)生裝置包括兩個電極和電源7；其中，一個電極設(shè)在所述輸送管道的進口端，緊鄰所述液態(tài)金屬液滴發(fā)生裝置中液滴生成處，并與所述電源的陽極相連，即前端電極3；另一個電極設(shè)在所述輸送管道的出口端，與所述電源的陰極相連，即后端電極3，如圖1所示。

其中，電壓值根據(jù)實際操作中實驗結(jié)果確定。電源的電壓過小無法驅(qū)動液態(tài)金屬運動，電壓過大會導(dǎo)致溶液發(fā)生電解反應(yīng)。在本發(fā)明中，電源優(yōu)選為24-30V直流電源。

在一個優(yōu)選的實施例中，所述電場發(fā)生裝置還包括開關(guān)8。所述前端電極和后端電極均設(shè)在輸送管道2內(nèi)側(cè)。此時，電源、開關(guān)與兩個電極串聯(lián)形成控制電路，為輸送系統(tǒng)提供電場驅(qū)動力。

在一個優(yōu)選的實施例中，為了與溶液接觸從而形成導(dǎo)電通路，前端電極設(shè)在輸送管道2的驅(qū)動段靠近注入段的內(nèi)側(cè)，伸出1-10mm，優(yōu)選5mm。后端電極設(shè)在輸送管道2的分離段2-3的末端內(nèi)側(cè)，與分離段接觸1-10mm，優(yōu)選5mm。

其中，使用粘結(jié)劑將電極與輸送管道2粘結(jié)。粘結(jié)劑為本領(lǐng)域中常用的粘結(jié)劑，選自樹脂、合成橡膠、或天然高分子材料。

在本發(fā)明中，使用導(dǎo)線6將電極與電源7連接。

在一個優(yōu)選的實施例中，為了快速生成液滴，液態(tài)金屬液滴發(fā)生裝置1包括螺紋點膠針頭注射器4。通過控制螺紋點膠頭注射器的推進速度來控制液滴的注入速度，通過控制針頭的直徑來控制液滴的大小。在本發(fā)明的實施例中，液態(tài)金屬5以10-50滴/min的頻率產(chǎn)生，優(yōu)選為30滴/min，在該速度下，液態(tài)金屬能更好的驅(qū)動液體運動。

優(yōu)選地，螺紋點膠針頭的直徑為2mm-5mm，與所述輸送管道的接觸長度為40mm-50mm。

優(yōu)選地，將螺紋點膠針頭注射器4放置在注射泵上，通過注射泵控制液態(tài)金屬液滴的滴加速度。

其中，螺紋點膠針頭注射器4可選自塑料注射器、玻璃注射器、連續(xù)性注射器中的一種或多種。

為了能更好地使液體金屬液滴與待輸送液體同步，優(yōu)選液體金屬液滴發(fā)生裝置1與注入段設(shè)在同一個平面，位于輸送管道2的前方，此時，螺紋點膠針頭設(shè)在輸送管道2內(nèi)側(cè)，與前端電極鄰近。

在本發(fā)明中，所述液態(tài)金屬可為本領(lǐng)域中常見的具有良好的導(dǎo)電性和流動性的液態(tài)金屬，優(yōu)選為鎵、銦、錫、鎵銦合金中的一種或多種，更優(yōu)選為液態(tài)金屬鎵和/或鎵銦合金。液態(tài)金屬鎵及鎵銦合金無毒，在常溫下為液態(tài)，液態(tài)金屬鎵及鎵銦合金的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可以在酸堿溶液中穩(wěn)定存在，與絕大多數(shù)的液態(tài)非金屬物質(zhì)不發(fā)生反應(yīng)。液態(tài)金屬的沸點高達2300℃，在很高的溫度下不會發(fā)生相變。在本發(fā)明中，以Ga:In的比例為75.5:24.5的合金來詳述實施例。

在本發(fā)明的輸送系統(tǒng)中還包括待輸送液體接收裝置和液態(tài)金屬接收裝置。

在本發(fā)明的一個最優(yōu)選的實施例中，以鹽酸溶液為待輸送液體、液態(tài)金屬75.5Ga-24.5In為例，如圖3所示，使用本發(fā)明的輸送系統(tǒng)9輸送鹽酸溶液10。

所述鹽酸濃度為12mol/L，盛裝在直徑為100mm玻璃容器11中；所述液態(tài)金屬5采用鎵銦合金，其成分為75.5Ga-24.5In(熔點16℃)，該合金具有良好的流動性、導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性。所述管道2采用擠出成型技術(shù)制造，直徑為10mm，注入段長度50mm，浸沒在鹽酸溶液10中，驅(qū)動端長度250mm，分離段直管段100mm，前支管段70mm，后支管段80mm。注射器4的螺紋點膠針頭直徑2mm，深入長度40mm；兩端電極3為伸入管道5mm的銅質(zhì)點電極。電源為24V直流電源。

由于液態(tài)金屬5和鹽酸溶液10均為導(dǎo)電溶液，當(dāng)液態(tài)金屬液滴發(fā)生器1開始工作，接通控制電路開關(guān)8，構(gòu)成直流電源7、前端電極3、管內(nèi)液體、后端電極3和開關(guān)8的回路。液態(tài)金屬5以30滴/min的頻率產(chǎn)生，液態(tài)金屬5在電場的驅(qū)動作用下推動鹽酸溶液10運動，鹽酸溶液在重力的作用下在分離段分開，鹽酸溶液10進入鹽酸溶液接收器12中，液態(tài)金屬5聚集后進入液態(tài)金屬接收器13中，實現(xiàn)鹽酸溶液10的輸送。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。最后，本申請的方法僅為較佳的實施方案，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。