CN203196383U - 一种毛细吸引元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种毛细吸引元件，包括有毛细吸引通道，还包括有与毛细吸引通道相连通的液体排空通道，该液体排空通道与毛细吸引通道的最低连通点位于毛细吸引通道液面爬升最大高度的下方。本实用新型的优点是具有液体吸引和连续排空功能，且结构设计合理，实用性好。

Description

一种毛细吸引元件

技术领域

本实用新型属于液体动力学领域，具体是指一种具有液体吸引和连续排空功能的毛细吸引元件。

背景技术

目前国内外对液体吸引技术的研究应用中主要集中在负压吸引应用、虹吸吸引应用等方面，如各种类型的真空泵等。然而，在一些特定的场合，比如脑科手术时，如果采用负压或者虹吸方式抽取脑颅中的多余的液体，就有可能对脑颅中的其他软组织造成伤害。

 另一方面，毛细吸引现象存在于人们生活的方方面面。毛细现象是指浸润液体在细管里升高的现象和不浸润液体在细管里降低的现象。毛细现象并非只限于一般意义上的毛细吸引管与液体发生的毛细吸引现象，形如两平板间的夹缝，各种形状的棒、纤维、颗粒堆积形成的空隙等都是特殊形式的毛细吸引管。虽然，毛细吸引作用在人们日常的生活中发挥着巨大的作用，但是，利用毛细吸引现象设计出适用于实际操作并具有连续排空功能的装置，目前还没有见详细报道。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种具有液体吸引和连续排空功能的毛细吸引元件。

  为实现上述目的，本实用新型的技术方案是包括有毛细吸引通道，还包括有与毛细吸引通道相连通的液体排空通道，该液体排空通道与毛细吸引通道的最低连通点位于毛细吸引通道液面爬升最大高度的下方。

从毛细现象的机理分析：

毛细吸引管插入水中时，水便会浸润毛细吸引管壁并沿毛细吸引管壁上升一定的高度，毛细吸引管直径越小，液面爬升得越高。在爬升过程中，形成三个界面，固气界面（s-g）、固液界面（s-l）和气液界面（l-g），如图1A所示。三个界面存在各自的表面张力，当三相界面固定时，存在下列关系：

γ_s-g= γ_s-l+γ_l-gcos θ (Young方程)， 式中，

γ_s-g--固气界面表面张力；γ_s-l--固液界面表面张力；γ_l-g--液气界面表面张力；

Θ--气液界面和固液界面的接触角。

在一定的温度下，在毛细吸引管足够长的前提下，对于一定的液体和一定的固体，接触角有完全确定的值。当γ_s-l<γ_s-g<γ_l-g + γ_s-l时，固液界面取代固气界面，发生浸润现象；当γ_s-l -γ_l-g <γ_s-g <γ_s-l时，固气界面取代固液界面，发生不浸润现象。液体浸润或不浸润固体都将在固液表面处形成一定的接触角θ，若θ<90°，说明界面产生浸润现象，若θ>90°，则说明界面产生不浸润现象。

从能量的角度，使液体沿毛细吸引管上升或者下降的能量来源与浸润功和粘附功有关。进一步说，在毛细现象这个多界面系统中，系统中的分子势能作为毛细吸引力的能量来源转化为系统的重力势能，促使或阻止液体上升；另外系统中极少的一部分分子势能因内摩擦作用转化为系统的内能，因这部分能量占总能量的比重极小，因而可以不考虑其对系统温度的影响和对液面高度h的影响。

从力学的角度，在足够长的竖立的毛细吸引管内，由于管内外液体的重力、表面张力、浸润力或粘附力的作用下，液面呈凹形或者凸形，凹形或者凸形的表面由于表面张力作用，使弯曲液面内无限接近液面处液体的压强和液面外的压强之间存在压差，这个压差使毛细吸引管内的液面升高或降低。

液面升高或降低的高度h=2γ_l-gcosθ /(ρgr)，  式中，

R--毛细吸引管半径；ρ--液体的密度；h--液面爬升高度。其现象如图1A所示。

在一定的温度下，在毛细吸引管足够长的前提下，决定毛细吸引管对同一种液体提升高度的因素有三个，θ、γ_l-g和r。接触角越小、液气界面表面张力越大，并且毛细吸引管半径越小的时候，毛细管对同一种液体的提升高度越大。

同样的,在夹板模型中，液面升高或降低的高度h=2γ_l-gcosθ /(ρgd)，  式中，

d--夹板间距；ρ--液体的密度；h--液面爬升高度。其现象如图1B所示。

事实上，接触角除由一定的液体和一定的固体决定外，还受毛细吸引管长度和温度的影响，当毛细吸引管长度足够长时，接触角为恒定值；当管长小于某一数值时，接触角随管长的缩短而变大。毛细吸引管长度对接触角的影响是通过影响液面上的蒸汽压实现的，毛细吸引管长度足够长时，液面上的蒸汽压几乎为恒定值，接触角亦为恒定值；当毛细吸引管长度较短时，由于蒸发，液面上的蒸汽压减小，接触角将增大。因而当毛细吸引管长度h’<h时，接触角将增大，使得液面上升的高度小于毛细管足够长时液面上升的高度，这也是为什么当毛细管长度h’<h时，液体源源不断的从毛细吸引管中流出的现象不会发生的原因。

综上所述，在毛细现象中，毛细吸引管中液面是上升还是下降，是由γ_s-g、γ_s-l、γ_l-g共同决定的，而表面张力γ是由一定的固体、液体和气体决定的，并且主要受环境温度影响；而毛细吸引管（夹板）中液面上升或是下降的高度h是由θ、γ_l-g和r（d）决定的，θ、γ_l-g如前述一样，由一定的固体、液体和气体决定的，并且主要受环境温度和液面上方蒸汽压的影响，因此，在毛细吸引管的管壁上添加亲液体性高分子材料将大大增加毛细吸引管对液体的吸引能力。因而，在一定的环境温度、蒸汽压和一定的液体、固体材料条件下，液面的上升或是下降高度是由毛细管（夹板d）r决定的。

本设置的毛细吸引通道液面爬升最大高度即为上述的h。

     进一步设置是所述的液体排空通道上设置有一对横截面较小的通气孔或细通气管道。通气孔或者细通气管道的横截面较小。当液体经毛细吸引管吸引提升到达通气孔或者细通气管道时，在通气孔或者细通气管道不通气的情况下，由于通气孔或者细通气管道的横截面较小和液体本身的张力作用，液体不会从通气孔或者细通气管道向毛细吸引管的侧面溢出。在通气孔或者细通气管道通气且气流速度不是很快的情况下，毛细吸引管的液体排空段可以快速排空毛细吸引段上部的液体，从而使毛细吸引管的毛细吸引段重新获得吸引提升液体的能力，实现对液体的连续毛细吸引；在通气孔或者细通气管道通气且气流速度很快的情况下，毛细吸引管的毛细吸引段可以同时实现负压吸引和毛细吸引。

    进一步设置是所述的毛细吸引通道为毛细吸引管或带有夹缝的夹板。进一步设置是所述的毛细吸引通道的下部分横截面积大于上部分横截面积。因而，该毛细吸引管的上部分所能产生的毛细吸引力要大于下部所产生的毛细吸引力，因而，当少量液体进入该毛细吸引管的毛细吸引段时，虽然没有后续液体的补充，该毛细吸引管仍能将该部分液体提升到毛细吸引段管径最小处，即毛细吸引力最大处，从而，在吸引液体时，液体被完全吸引或者不再有气流通过细通气管道时，残留在毛细吸引管毛细吸引段而未被气流带走的液体会被提升保留在该毛细吸引管毛细吸引段的上部分，即该毛细吸引管毛细吸引段管径较小的部分，而该毛细吸引管的下部分会被空气填充。

进一步设置包括有基体，该基体上设置有多个毛细吸引通道，所述的基体上还设置有负压吸引通道，所述的液体排空通道设置于毛细吸引通道的上部，且所述的液体排空通道上有连通与负压吸引通道相连通的通气狭缝，该通气狭缝的外端与外部大气相通。通过本设置，采用多个负压吸引通道，可以提高毛细吸引管的工作效率，并且增强了本申请的实用性和可行性。

综上所述，本实用新型具有液体吸引和连续排空功能，且结构设计合理，实用性好。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型具有液体吸引和连续排空功能，且结构设计合理，实用性好。

2. 本实用新型可以通过控制毛细吸引元件中毛细吸引管的管径、选用不同的制造材料、调节毛细吸引端的高度、通气孔的大小和高度、细通气管道的高度、宽度和斜率、气流的速度、负压和正压的强度、毛细吸引元件周围的温度，制造出不同用途的毛细吸引元件，从而实现在不同环境下对不同液体的强负压、弱负压或者非负压吸引，实现在不同环境下对不同液体的分离纯化。

3. 本实用新型可以通过外加的温度调节系统、对抗凝材料的选用、表面光滑技术的采用、高分子亲水性材料的添加、正负压气流的交换等措施来保证毛细吸引元件的通畅和正常工作。

4. 本实用新型的技术工艺简单，制备周期短，工作效率高，实用性强，抗干扰性强。

5. 本实用新型可以自由方便的进行数量和结构上的组合从而设计制造出各种不同用途的液体吸引设备和液体分离纯化设备。

下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型做进一步介绍。

附图说明

图1A毛细吸引管模型下的毛细吸引现象图；

图1B 夹板模型下的毛细吸引现象图；

图2 为本申请的实施例1结构示意图；

图3A 为本申请的实施例2结构示意图；

图3B 为本申请的实施例3结构示意图；

图3C为本申请的实施例4结构示意图；

图3D为本申请的实施例5结构示意图；

图4为本申请的实施例6局部结构剖视示意图；

图5为本申请实施例6的应用状态图。

具体实施方式

    下面通过实施例对本实用新型进行具体的描述，只用于对本实用新型进行进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限定。

实施例1

如图2所示，本实施例中毛细吸引通道为毛细吸引管A，液体排空通道为负压管B。毛细吸引管A通过毛细现象使液位上升，并通过负压管B进行液体的连续抽取。

实施例2

如图3A所示，本实施例该毛细吸引通道为毛细吸引管3，该管段的上部为液体排空通道1，该液体排空通道1上设置有通气孔2。

实施例3

如图3B所示，本实施例该毛细吸引通道为毛细吸引管3，该管段的上部为液体排空通道1，该液体排空通道1上设置有细通气管道2。

实施例4

如图3C所示，本实施例该毛细吸引通道为带有狭缝的夹板3，该夹板3的上部为液体排空通道1，该液体排空通道1上设置有细通气管道2。

实施例5

如图3D所示，本实施例该毛细吸引通道由位于上方的小管径毛细吸引管3以及位于下方的大管径毛细吸引管4组成，大管径毛细吸引管4的上部为液体排空通道1，该液体排空通道1上设置有细通气管道2。

实施例6

   如图4所示，本实施例包括有基体7，该基体7上设置有多个毛细吸引通道5，该多个毛细吸引通道5优选为毛细吸引管，所述的基体7上还设置有负压吸引通道1，该负压吸引通道1的外端接负压装置，如真空泵等，实现负压吸引，所述的液体排空通道4设置于毛细吸引通道5的上部，且所述的液体排空通道4上设置有与负压吸引通道相连通的通气狭缝2，该通气狭缝2的外端与外部大气相通，图4中标号3为与大气相通的常压腔，该通气狭缝2的外端与常压腔3相连通。

   本实用新型中，通气狭缝2和液体排空段4在顶面是封闭的，且液体排空段4的长度要适中，不可以太长也不可以太短，需要根据所吸引液体性质和毛细吸引元件的制作材料等作出调整。

如图5所述，标号6表示液体的行走路线，液体从毛细吸引通道5上升，然后通过液体排空通道4和通气狭缝2进入到负压吸引通道1中，从而实现毛细吸引和连续排空功能。

该实施例为优选实施例。

Claims (5)

1.一种毛细吸引元件，包括有毛细吸引通道，其特征在于：还包括有与毛细吸引通道相连通的液体排空通道，该液体排空通道与毛细吸引通道的最低连通点位于毛细吸引通道液面爬升最大高度的下方。

2.根据权利要求1所述的一种毛细吸引元件，其特征在于：所述的液体排空通道上设置有一对横截面较小的通气孔或细通气管道。

3.根据权利要求1或2所述的一种毛细吸引元件，其特征在于：所述的毛细吸引通道为毛细吸引管或带有夹缝的夹板。

4.根据权利要求3所述的一种毛细吸引元件，其特征在于：所述的毛细吸引通道的下部分横截面积大于上部分横截面积。

5.根据权利要求1所述的一种毛细吸引元件，其特征在于：包括有基体，该基体上设置有多个毛细吸引通道，所述的基体上还设置有负压吸引通道，所述的液体排空通道设置于毛细吸引通道的上部，且所述的液体排空通道上设置有与负压吸引通道相连通的通气狭缝，该通气狭缝的外端与外部大气相通。

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