Способ транспортировки и дозировки жидких сред и устройство для его осуществления

 

Использование: в насосостроении, в частности в электрогидравлических насосах и может быть применено в системах транспортировки жидкостей, использующих сжатие или разрежение среды, взаимодействующей с жидкостью. Сущность изобретения: устройство содержит канал для подвода жидкости, в котором размещен полимерный сильно набухающий гидрогель 2. Выход канала 1 выполнен в виде локализованного объема 3 - рабочей головки, также заполненного гидрогелем 2. В объеме 3 установлены соединенные попарно электроды 4, подключенные к блоку 5 формирования низкочастотной импульснопериодической разности потенциалов. При опускании входа канала в жидкую среду гидрогель начинает набухать. При достижении заданной степени набухания гранул гидрогеля на электроды 4 подают импульсное напряжение с блока 5 питания, чем вызывают коллапс гидрогеля и водоотдачу гранул. Вода под действием силы тяжести вытекает из объема 3-рабочей головки. Для локализации гранул гидрогеля в канале 1 на входе и выходе установлены крупноячеистые мембраны 6. 2 с.п.ф-лы, 2 ил. №

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4901337/29 (22) 11,01.91 (46) 23.01,93, Бюл, N 3 (71) Ленинградский государственный университет и Институт высокомолекулярных соединений АН СССР (72) Т,В.Будтова, И.Э,Сулейменов, С,Я,Френкель, Э.Н.Сулейменов и А.Л,Буянов (56) Верте А,А, МГД-технология в производстве черных металлов, М.: Металлургия, 1990, с,120. (54) СПОСОБ ТРАНСПОРТИРОВКИ И ДОЗИРОВКИ ЖИДКИХ СРЕД И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование; в насосостроении, в частности в электрогидравлических насосах и может быть применено в системах транспортировки жидкостей, использующих сжатие или разрежение среды, взаимодействующей с жидкостью. СущИзобретение относится к электрическим машинам, в которых взаимодействие между потоком токопроводя щей жидкости и электрическим полем обеспечивает преобразование электрической энергии в движущуюся массу.

Изобретение может быть использовано в первую очередь в научном приборостроении, химической аналитике, а также в фармакологии, агротехнике и т.д.

Известны механические насосы, в которых перемещение жидких сред вызывается движением механических узлов; поршней, лопастей, роторов, а также за счет разности гидростатических давлений. Для дозировки

„„ 4 „„1789770 А1 (я)л F 04 F 1/16, Н 02 К44/00 ность изобретения: устройство содержит канал для подвода жидкости, в котором размещен полимерный сильно набухающий гидрогель 2. Выход канала 1 выполнен в виде локализованного объема 3 — рабочей головки, также заполненного гидрогелем 2.

В объеме 3 установлены соединенные попарно электроды 4, подключенные к блоку 5 формирования низкочастотной импульснопериодической разности потенциалов. При опускании входа канала в жидкую среду гидрогель начинает набухать. При достижении заданной степени набухания гранул гидрогеля на электроды 4 подают импульсное напряжение с блока 5 питания, чем вызывают коллапс гидрогеля и водоотдачу гранул, Вода под действием силы тяжести вытекает из объема 3-рабочей головки. Для локализации гранул гидрогеля в канале 1 на входе и выходе установлены крупноячеистые мембраны 6. 2 с.п.ф-лы, 2 ил. малых количеств растворов используют перистальтические насосы. 3

Работа таких устройств требует значительных энергозатрат, которая непроизво! дительно расходуется на перемещение механических узлов. Сами устройства ха-:) а рактеризуются сложными кинематическими схемами, наличием запорной и регулирующей аппаратуры, их эксплуатация требует постоянного обслуживания и расхода смазочных материалов.

Известны также устройства транспортировки жидкостей, основанные на принципе трубы Вентури (эрлифты), где перемещение жидкости вызывается ее

1789770 аэрацией и соответственно созданием разности гидростатических давлений, Недостатком таких устройств являются высокие эйергозатраты на создание мощного воздушного потока.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ транспортировки и дозировки жидких сред и устройства для его реализации— магнитогидродинамические насосы, в которых перемещение массы жидкости осуществляется наложением на нее "комбинации электрического и магнитного полей.

Основной недостаток известного решения — высокие требования, предъявляемые к электропроводности транспортируемой жидкости. Это определяет достаточную эффективность известного решения для транспортировки таких жидкостей, как расплавы металлов и в то же время неоправданные энергозатраты при транспортировке как водных, в особенности слабоконцентрированных, растворов. Кроме того, недостатком прототипа является невозможность отказа от использования запорно-регулирующей аппаратуры.

Цель изобретения — повышение эффективности управления потоком воды и водных растворов электрическим полем, в частности за счет отказа от использования запорно-регулирующей аппаратуры.

Поставленная цель достигается, во-первых, способом транспортировки и дозировки жидких сред, а во-вторых, устройством для реализации способа. Оба объекта объединены в комплексном решении общей единой изобретательской идеей, Предлагаемый способ характеризуется следующей совокупностью существенных признаков:

1, В канал для перемещения жидкости помещают транспортирующую среду — полимерный сильнонабухающий гидрогель, способный коллапсировать(процесс, обратный набуханию) под воздействием электрического поля.

2. В локализованном объеме канала (рабочей головке) на транспортирующую среду накладывают импульсно-периодическую разность потенциалов, вызывающую периодический коллапс гидрогеля.

Процесс коллапса гидрогеля иллюстрирует фиг,1, на которой представлена зависимость степени коллапса (т.е. отношение объемов до и после наложения электрического поля) от времени при различных значениях напряженности постоянного поля.

Изобретением является также устройство для реализации предлагаемого спосо30

55 лей является продукт радикальной сополимеризации акриламида, акриловой кислоты и полифункционального реагента, являющегося аллиловым эфиром водорастворимого производного целлюлозы из ряда; (-С6Н 702(О Н)3-х-У вЂ” (R) x — (О С Н2 С Н = С Н2)У-) Р где P — ОСН2СООКа, — ОСН2СН20 Н, — ОСНСН2ОН, СНз — ОСНз

Х=0,60 — 2,0; Y = 0,55 — 0,45; P = 0,05 — 10,0% от суммарной массы акриламида и акриловой кислоты, а СП целлюлозного остатка составляет 320 — 1100. Степень равновесного набухания таких гидрогелей составляет

500-10000.

B основе предлагаемого изобретения лежит новое, впервые обнаруженное свойство набухших полимерных гидрогелей— способность к обратимому коллапсу в воде и водных растворах низкомолекулярных солей, Обратимость этого свойства и позволяет организовать цикл, состоящий из стадии набухания и стадии коллапса, Способ осуществляют при помощи устройства следующим образом. Канал для перемещения жидкости, выполненный в виде подводящей трубки 1 погружают в резервуар с жидкостью, Гель 2, заполняющий рабочую головку 3 и канал 1 в виде подводящей трубки, доводят до набухшего состояния, На электроды 4 внутри рабочей головки 3 подают импульсное напряжение с блока питаба, которое характеризуется совокупностью следующих существенных признаков:

1, Канал для перемещения жидкости 1, 2, Канал заполнен транспортирующей средой — полимерным сильнонабухающим гидрогелем 2.

3. На выходе канала размещен локализованный объем (рабочая головка) 3, также заполненная в рабочем состоянии гидроге10 лем

4. Внутри рабочей головки размещены электроды 4.

5, Электроды 4 подсоединены к блоку формирования низкочастотного импульснопериодического напряжения 5, 6, На входе канала 1 и выходе рабочей головки 6 помещены крупноячеистые мембраны.

Общая схема предлагаемого устройства представлена на фиг.2, где обозначения соответствуют вышеизложенному, Изучение уровня науки и техники показало, что известны сшитые полимеры и сополимеры, образующие в воде гели с равновесной степенью набухания, способной достигать 10 . Примером таких гидроге1789770 ния 5. В момент действия импульса происходит коллапс геля и жидкость под воздействием силы тяжести вытекает из рабочей головки 3. Величину напряженности поля устанавливают из условия обеспечения тре- 5 буемой водоотдачи, Скважность сигнала устанавливают такой, что за время между импульсами гель возвращается в исходное состояние, всасывая при этом воду из резервуара за счет набухания. 10

Пример. В гибкую полимерную трубку, представляющую собой канал для подвода жидкости 1 длиной 50 см и внутренним диаметром 1,1 см помещали 50 мл сшитого полимерного геля с размером гранул 3-5 мм 15 на основе сополимера акриламида (30 мол.%) с акриловой кислотой (70 мол,%) и сшивающего агента аллилового эфира карбоксиметилцеллюлозы (R=-OCKzCOONa;

СП=400; Х = 0,76; Y = 0,35; P = 0,10 мас.% от 20 суммарной массы сополимера акриловой кислоты с акриламидом), равновесная степень набухания 1000.

Таким образом, масса безводного сополимера 0,05 r, Перед заполнением геля на 25 одном из концов трубки закрепляли крупноячеистую мембрану с величиной отверстий

0,3 мм, Второй конец канала подвода жидкости

1, выполненной в виде трубки, присоединя- 30 ли к штуцеру рабочей головки 3, выполненной из стеклянной трубки с внутренним диаметром 2,5 см и высотой 4,0 см (объем 20 мл). Внутри рабочей головки 3 расположены удаленные один от другого на 0,5 см элект- 35 роды 4, соединенные попарно. Электроды 4 выполнены из неметаллических электропроводящих материалов, например угленаполненного полиэтилена. Размер каждого электрода 1,5:4:0,15 см. 40

Электроды 4 имеют выводы через стенку рабочей головки (3) и присоединены к

Формула изобретения

1, Способ транспортировки и дозировки жидких сред путем перемещения жидкости по каналу при воздействии на нее электрического поля, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности управления потоком при транспортировке воды и водных растворов, в канал для перемещения жидкости помещают транспортирующую среду — полимерный сильнонабухающий гидрогель, в локализованном объеме канала на транспортирующую среду накладывают имблоку формирования низкочастотного импульсно-периодического напряжения 5, Перед присоединением трубки к рабочей головке последнюю заполняют тем же сшитым полимерным гидрогелем (20 мл) и выход рабочей головки также изолируют крупноячеистой мембраной, На электроды подают импульсное напряжение с амплитудой 300 в/см, вырабатываемое генератором прямоугольного напряжения блока. Интервалы между импульсами — 600 с при скважности 1:6. При этом степень коллапса составляет 4,3, а водоотдача устройства — 3 10 мл/с, Насосы такого рода могут быть использованы в химико-аналитических приборах (например, титраторах) для дозированной подачи влаги к корневой системе растений, тонкослойной хроматографии для смачивания хроматографических бумаг и пленок, автоматических устройствах для поливки комнатных растений, "плачущих" детских игрушках и подобных устройствах, которые не требуют высокой скорости подачи воды, Экономический эффект достигается за счет экономии энергии, поскольку последняя расходуется только на коллапсирование полимерного материала и не расходуется, например, на трение в кинематических деталях, как это имеет место для обычного насоса. Помимо этого, экономический эффект достигается за счет дозированной подачи воды через регулирование амплитуды, длительности и частоты прилагаемых к коллапсирующему материалу импульсов, а также вести измерение количества поданной жидкости чисто электрическими методами, например через подсчет числа импульсов, что важно для химико-аналитического приборостроения (автоматические титраторы) и фармацевтической технологии. пул ьсно-периодическую разность потен циалов и реализуют периодический обратимый коллапс гидрогеля.

2, Устройство для транспортировки и дозировки жидких сред, содержащее канал для перемещения жидкости с размещенными в нем электродами, отличающийся тем, что канал заполнен транспортирующей средой — полимерным сильнонабухающим гидрогелем, выход канала выполнен в виде локализованного объема, внутри которого размещены электроды, подсоединенные к

1789770

Фиг.I

Составитель А.Жанбатыров

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор

Заказ 339 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, yn,Гагарина, 101 блоку формирования низкочастотной им- лов, а на входе и выходе канала установлены пульсно-периодической разности потенциа- крупноячеистые мембраны.