CN106764441B - 一种液体输送系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液体输送系统。所述液体输送系统包括液态金属液滴发生装置、输送管道、电场发生装置；其中，所述液态金属液滴发生装置设在所述输送管道的进口端，用于产生液态金属液滴；所述输送管道用于所述液态金属液滴输送待输送液体；所述电场发生装置用于给所述液态金属液滴输送待输送液体提供驱动力。本申请利用液态金属的导电致动性所提出的液体输送装置结构简单、无机械磨损，具有静音运行的优点，可以通过更换管道材料实现多种化学液体和高温液体的输送。

Description

一种液体输送系统

技术领域

本发明涉及液体泵送领域，更具体地，涉及一种基于液态金属导电致动性的液体输送系统。

背景技术

化学液体在工业生产中被广泛使用，为了提高生产效率，经常需要使用泵送装置实现化学液体的输送。大多数的化学产品具有一定的毒性，呈现酸性或碱性，与金属铁、铝反应，一般不能使用传统的机械泵输送，需要配备相应的泵送装置。近年来，微流体技术迅速发展，作为驱动微流体的泵送装置目前存在着运行不稳定，结构复杂以及输送液体流量小等问题。

目前，传统的泵送装置包括叶片泵、容积泵等，通过依靠叶片旋转或容积变化来形成压强差，驱动液体运动。这些泵送装置结构复杂，各运动部件相互摩擦，噪音较大，容易出现机械故障。而且泵送装置对输送液体的种类和温度有所限制，一种特定的泵送设备只能输送一种或者几种液体，运行温度不能超过规定温度。

发明内容

针对目前液体泵送装置存在的缺点，本发明基于液态金属的导电致动性提出了一种液体输送系统。

本发明的液体输送系统，包括：液态金属液滴发生装置、输送管道、电场发生装置；其中，所述液态金属液滴发生装置设在所述输送管道的进口端，用于产生液态金属液滴；所述输送管道用于所述液态金属液滴输送待输送液体；所述电场发生装置用于给所述液态金属液滴输送待输送液体提供驱动力。

优选地，所述输送管道包括：注入段、驱动段和分离段；其中，所述注入段包括注入液态金属液滴和待输送液体；所述分离段包括直管道和分支管道；所述分支管道至少包括2个分支管道，分别用于输送液态金属和待输送液体；所述直管道设于所述分支管道之间。

优选地，所述直管道和所述分支管道成60-150度夹角，优选为90度夹角。

优选地，所述注入段与驱动段成90度夹角。

优选地，所述输送管道由塑料、硅化合物、陶瓷、铜、乳胶中的一种或多种材料制得。

优选地，所述电场发生装置包括两个电极和电源；其中，一个电极设在所述输送管道的进口端，紧邻所述液态金属液滴发生装置中液滴生成处，并与所述电源的阴极相连；另一个电极设在所述输送管道的出口端，与所述电源的阳极相连。

优选地，所述两个电极分别与所述输送管道接触，接触长度为5mm-10mm。

优选地，所述电源为24-30V直流电源。

优选地，所述液态金属液滴发生装置包括螺纹点胶针头注射器。

优选地，所述螺纹点胶针头的直径为2mm-5mm，与所述输送管道的接触长度为40mm-50mm。

优选地，所述液态金属为镓、铟、锡、镓铟合金中的一种或多种。

优选地，所述待输送液体为导电液体。

优选地，所述系统还包括待输送液体接收装置和液态金属接收装置。

优选地，所述系统还包括盛放待输送液体的装置，将所述管道的注入段浸入所述装置中。

本发明提出的基于液态金属导电致动性的液体输送系统可以应用于化学液体和高温液体的输送上。本发明的输送系统结构简单，安装方便，可以通过更换管道材质适应多种液体运输，克服液体温度的限制，实现一泵多用。而且本发明的输送系统无机械部件，使用寿命较长。

附图说明

图1为根据本发明一个优选实施例中液体输送系统的整体结构示意图；

图2为根据本发明一个优选实施例中液体输送系统中输送管道的结构示意图；

图3为根据本发明一个优选实施例中液体输送系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的液体输送系统，包括：液态金属液滴发生装置1、输送管道2、电场发生装置；其中，所述液态金属液滴发生装置设在输送管道的进口端，用于产生液态金属液滴；所述输送管道用于所述液态金属液滴输送待输送液体；所述电场发生装置用于给所述液态金属液滴输送待输送液体提供驱动力。

其中，液态金属是指在常温下为液态的金属，如金属汞，但是其较强的毒性限制了它在工业生产中的使用。液态金属具有良好的导电性和流动性，研究表明：在外加电场的驱动作用下，液态金属可以在充满导电溶液的特定形状管道中定向移动，同时推动导电溶液运动。本发明利用液态金属的导电致动性，利用电场发生装置所提供的静电驱动力，推动带电溶液输送至所需位置。

本发明可以通过更换管道材料实现多种化学液体和高温液体的输送。本发明的液体输送系统可用于水、化学液体、高温液体和微流体等常规液体的输送。所述液体优选为导电液体。如盐酸、硫酸、硝酸等各种液体。

为了实现所输送的液态金属和待输送液体的分离，在一个优选实施例中，所述的输送管道包括：注入段2-1、驱动段2-2和分离段2-3；其中，所述注入段包括注入液态金属液滴和待输送液体；所述分离段包括直管道和分支管道；所述分支管道至少包括2个分支管道，分别输送液态金属和待输送液体。所述直管道设于两分支管道之间，用于输送分离开的液态金属进入分支管道。

在优选的实施例中，将管道注入段2-1浸没于待输送液体中，确保注入段2-1一直有待输送液体存在，液态金属液滴在注入段2-1处进入输送管道，在电场的作用下，在管道驱动段2-2推动待输送液体沿着管道2运动。此时，液态金属液滴发生装置也有部分浸没在待输送液体中。

其中，优选2个分支管道。1个分支管道设在靠近驱动段处，另1个分支管道设在远离驱动段处。待输送液体在分支管道，由于自身的重力作用与液态金属分离，进入靠近驱动段的分支管道，而液态金属由于阳极的吸引，在电场的作用下继续运动，聚集在阳极附近，当聚集较多后，靠近远离驱动段的分支管道处的液态金属也由于重力的作用进入分支管道中。

其中，为了能更快地将液态金属和待输送液体分离开来，在一个优选实施例中，所述直管道2-2和所述分支管道2-3成60-150度夹角，优选为90度夹角，如图2所示。当夹角为90度时，液态金属和待输送液体在自身重力下能更快的进入分支管道。

在一个优选的实施例中，为了更加便利地设置液态金属液滴发生装置1，输送管道中的注入段2-1与驱动段2-2成90度夹角。

本发明实施例中的输送管道2中各个部分的长度可以根据待输送液体和液态金属的性能设置，根据实际应用调整管段长度和直径。在实施例中，优选地，输送管道2的直径为5-15mm，优选为10mm。注入段的长度为30-80mm，优选为50mm。驱动段为200-300mm，优选为250mm。分离段中的直管段为50-150mm，优选为100mm。分离段中用于输送待输送液体的分支管的长度值为50-100mm，优选为70mm。用于输送液态金属的分支管的长度值为50-100mm，优选为80mm。

本发明实施例中的输送管道2可以由本领域中常用的材料制得，可以根据所需输送的液体的种类和温度选用输送管道的材质。在优选实施例中，输送管道2由塑料、硅化合物、陶瓷、铜、乳胶中的一种或多种材料制得，也可以使用弹性材料制得。

在本发明优选的实施例中，本发明中的输送管道2一体化成型，可以选用本领域中常见的方法制备得到。如塑料材质的管道2采用注塑成型工艺加工制得，硅胶材质的管道2采用挤出工艺加工制得，陶瓷材质的管道2采用烧结成型工艺加工制得，铜管材质的管道2可以采用上引法、连铸连轧法、和/或、挤压法加工制得。在本发明更优选的实施例中使用挤压成型技术制备输送管道。

在本发明优选的实施例中，所述电场发生装置包括两个电极和电源7；其中，一个电极设在所述输送管道的进口端，紧邻所述液态金属液滴发生装置中液滴生成处，并与所述电源的阳极相连，即前端电极3；另一个电极设在所述输送管道的出口端，与所述电源的阴极相连，即后端电极3，如图1所示。

其中，电压值根据实际操作中实验结果确定。电源的电压过小无法驱动液态金属运动，电压过大会导致溶液发生电解反应。在本发明中，电源优选为24-30V直流电源。

在一个优选的实施例中，所述电场发生装置还包括开关8。所述前端电极和后端电极均设在输送管道2内侧。此时，电源、开关与两个电极串联形成控制电路，为输送系统提供电场驱动力。

在一个优选的实施例中，为了与溶液接触从而形成导电通路，前端电极设在输送管道2的驱动段靠近注入段的内侧，伸出1-10mm，优选5mm。后端电极设在输送管道2的分离段2-3的末端内侧，与分离段接触1-10mm，优选5mm。

其中，使用粘结剂将电极与输送管道2粘结。粘结剂为本领域中常用的粘结剂，选自树脂、合成橡胶、或天然高分子材料。

在本发明中，使用导线6将电极与电源7连接。

在一个优选的实施例中，为了快速生成液滴，液态金属液滴发生装置1包括螺纹点胶针头注射器4。通过控制螺纹点胶头注射器的推进速度来控制液滴的注入速度，通过控制针头的直径来控制液滴的大小。在本发明的实施例中，液态金属5以10-50滴/min的频率产生，优选为30滴/min，在该速度下，液态金属能更好的驱动液体运动。

优选地，螺纹点胶针头的直径为2mm-5mm，与所述输送管道的接触长度为40mm-50mm。

优选地，将螺纹点胶针头注射器4放置在注射泵上，通过注射泵控制液态金属液滴的滴加速度。

其中，螺纹点胶针头注射器4可选自塑料注射器、玻璃注射器、连续性注射器中的一种或多种。

为了能更好地使液体金属液滴与待输送液体同步，优选液体金属液滴发生装置1与注入段设在同一个平面，位于输送管道2的前方，此时，螺纹点胶针头设在输送管道2内侧，与前端电极邻近。

在本发明中，所述液态金属可为本领域中常见的具有良好的导电性和流动性的液态金属，优选为镓、铟、锡、镓铟合金中的一种或多种，更优选为液态金属镓和/或镓铟合金。液态金属镓及镓铟合金无毒，在常温下为液态，液态金属镓及镓铟合金的化学性质稳定，可以在酸碱溶液中稳定存在，与绝大多数的液态非金属物质不发生反应。液态金属的沸点高达2300℃，在很高的温度下不会发生相变。在本发明中，以Ga:In的比例为75.5:24.5的合金来详述实施例。

在本发明的输送系统中还包括待输送液体接收装置和液态金属接收装置。

在本发明的一个最优选的实施例中，以盐酸溶液为待输送液体、液态金属75.5Ga-24.5In为例，如图3所示，使用本发明的输送系统9输送盐酸溶液10。

所述盐酸浓度为12mol/L，盛装在直径为100mm玻璃容器11中；所述液态金属5采用镓铟合金，其成分为75.5Ga-24.5In(熔点16℃)，该合金具有良好的流动性、导电性和化学稳定性。所述管道2采用挤出成型技术制造，直径为10mm，注入段长度50mm，浸没在盐酸溶液10中，驱动端长度250mm，分离段直管段100mm，前支管段70mm，后支管段80mm。注射器4的螺纹点胶针头直径2mm，深入长度40mm；两端电极3为伸入管道5mm的铜质点电极。电源为24V直流电源。

由于液态金属5和盐酸溶液10均为导电溶液，当液态金属液滴发生器1开始工作，接通控制电路开关8，构成直流电源7、前端电极3、管内液体、后端电极3和开关8的回路。液态金属5以30滴/min的频率产生，液态金属5在电场的驱动作用下推动盐酸溶液10运动，盐酸溶液在重力的作用下在分离段分开，盐酸溶液10进入盐酸溶液接收器12中，液态金属5聚集后进入液态金属接收器13中，实现盐酸溶液10的输送。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种液体输送系统，其特征在于，包括：液态金属液滴发生装置、输送管道、电场发生装置；其中，

所述液态金属液滴发生装置设在所述输送管道的进口端，用于产生液态金属液滴；

所述输送管道用于所述液态金属液滴输送待输送液体；所述待输送液体为导电液体；

所述电场发生装置用于给所述液态金属液滴输送待输送液体提供驱动力；

所述输送管道包括：注入段、驱动段和分离段；其中，

所述注入段包括注入液态金属液滴和待输送液体；所述注入段浸没于待输送液体中；

所述分离段包括直管道和分支管道；

所述分支管道包括2个分支管道，分别用于输送液态金属和待输送液体；一个分支管道设在靠近所述驱动段处，另一个分支管道设在远离所述驱动段处；所述直管道设于所述分支管道之间；

所述电场发生装置包括两个电极和电源；其中，

一个电极设在所述输送管道的进口端，紧邻所述液态金属液滴发生装置中液滴生成处，并与所述电源的阴极相连；另一个电极设在所述输送管道的出口端，与所述电源的阳极相连；所述电源的电压为24～30V。

2.根据权利要求1所述的液体输送系统，其特征在于，所述直管道和所述分支管道成60-150度夹角。

3.根据权利要求2所述的液体输送系统，其特征在于，所述直管道和所述分支管道成90度夹角。

4.根据权利要求1或2所述的液体输送系统，其特征在于，所述液态金属液滴的产生频率为10～50滴/min。

5.根据权利要求1或2所述的液体输送系统，其特征在于，所述输送管道由塑料、硅化合物、陶瓷、铜、乳胶中的一种或多种材料制得。

6.根据权利要求1或2所述的液体输送系统，其特征在于，所述两个电极分别与所述输送管道接触，接触长度为5mm-10mm。

7.根据权利要求1或2所述的液体输送系统，其特征在于，所述液态金属液滴发生装置包括螺纹点胶针头注射器。

8.根据权利要求7所述的液体输送系统，其特征在于，所述螺纹点胶针头的直径为2mm-5mm，与所述输送管道的接触长度为40mm-50mm。

9.根据权利要求1或2所述的液体输送系统，其特征在于，所述液态金属为镓、铟、锡、镓铟合金中的一种或多种。

10.根据权利要求1或2所述的液体输送系统，其特征在于，所述待输送液体为盐酸、硫酸或硝酸。

11.根据权利要求1所述的液体输送系统，其特征在于，所述系统还包括待输送液体接收装置和液态金属接收装置。