Способ транспортировки и дозировки жидких сред и устройство для его осуществления

(5)5 ОПИСАНИЕ ИЗС)БРЕТЕ МУ СВИДЕТЕЛЬСТВ К АВТО 0 спользуют пек электричеаимодействие щей жидкости и чивает преобргии в движубует значиая непроизво- О перемещение устройства ханематическими и и регулируютация требует и расхода смаь использованоприборостроеа также в фарнасосы, в которед вызывается злов: поршней, а счет разности Для дозировки ства транспорные на принцил ифты), где ызывается ее ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Ленинградский государственный университет и Институт высокомолекулярных соединений АН СССР(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 относитс ским машинам, в которых в между потоком токопроводя электрическим полем обесп разование электрической эн щуюся массу,Изобретение может быт в первую очередь в научном нии, химической аналитике макологии, агротехнике и т. Известны механические рых перемещение жидких с движением механических у лопастей, роторов, а также з гидростатических давленийность 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 импульсно- периодической разности потенциалов. При опускании входа канала в жидкую среду гидрогель начинает набухать. При достижении заданной степени набухания гранул гидро- геля 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 растворовристальтические насосы.Работа таких устройствтельных энергозатрат, котордительно расходуется намеханических узлов, Самирактеризуются сложными кисхемами, наличием запорнощей аппаратуры, их эксплупостоянного обслуживаниязочных материалов.Известны также устройтировки жидкостей, основанпе трубы Вентури (эрперемещение жидкости ваэрацией и соответственно созданием разности гидростатических давлений,Недостатком таких устройств являются высокие эйергозатраты на создание мощного воздушного потока.Наиболее близким потехнической 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 спосо 30 35 40 50 55 лей является продукт радикальнойсополимеризации акриламида, акриловойкислоты и полифункционального реагента,являющегося аллиловым эфиром водорастворимого производного целлюлозы из ряда;(-Сб Н 702(О Н)3-х-У - (В) х - (О С Н 2 С Н = С Н 2)У-) Ргде Р -ОСН 2 СООКа,- ОСН 2 СН 20 Н,- ОЧНСН 2 ОН,СНз- ОСНзХ=0,60 - 2,0; У = 0,55 - 0,45; Р = 0,05 - 10,0%от суммарной массы акриламида и акриловой кислоты, а СП целлюлозного остаткасоставляет 320 - 1100. Степень равновесного набухания таких гидрогелей составляет500-10000.В 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 подводящейтрубки, доводят до набухшего состояния, На электроды 4 внутри рабочей головки 3 подают импульсное напряжение с блока питаба, которое характеризуется совокупностьюследующих существенных признаков:1, Канал для перемещения жидкости 1,2, Канал заполнен транспортирующейсредой - полимерным сильнонабухающимгидрогелем 2.3. На выходе канала размещен локализованный объем (рабочая головка) 3, такжезаполненная в рабочем состоянии гидроге 10 лем,4. Внутри рабочей головки размещеныэлектроды 4.5, Электроды 4 подсоединены к блокуформирования низкочастотного импульсно 15 периодического напряжения 5,6, На входе канала 1 и выходе рабочейголовки 6 помещены крупноячеистые мембраны.Общая схема предлагаемого устройства20 представлена на фиг,2, где обозначения соответствуют вышеизложенному,Изучение уровня науки и техники показало, что известны сшитые полимеры и сополимеры, образующие в воде гели сравновесной 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 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, 10П р и м е р. 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 (й=-ОСН 2 СООйа; СП=400; Х = 0,76; У = 0,35; Р = 0,10 мас.% от 20 суммарной массы сополимера акриловой кислоты с акриламидом), равновесная степень набухания 1000.Таким образом, масса безводного сополимера 0,05 г, Перед заполнением геля на 25 одном из концов трубки закрепляли крупно- ячеистую мембрану с величиной отверстий 0,3 мм,Второй конец канала подвода жидкости 1, выполненной в виде трубки, присоединя 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 роды 4, соединенные попарно. Электроды 4 выполнены из неметаллических электро- проводящих материалов, например угленаполненного полиэтилена. Размер каждого электрода 1,5:4:0,15 см. 40Электроды 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности управления потоком при транспортировке воды и водных растворов, в канал для перемещения жидкости помещают транспортирующую среду - полимерный сильнонабухающий гидро- гель, 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 10мл/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. пульсно-периодическую разность потенциалов и реализуют периодический обратимый коллапс гидрогеля. 2, Устройство для транспортировки и дозировки жидких сред, содержащее канал для перемещения жидкости с размещенными в нем электродами, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что канал заполнен транспортирующей средой - полимерным сильнонабухающим гидрогелем, выход канала выполнен в виде локализованного объема, внутри которого размещены электроды, подсоединенные к1789770 блоку формирования низкочастотной им- лов, а на входе и выходе канала установленыпульсно-периодической разности потенциа- крупноячеистые мембраны. Составитель А.ЖанбатыровТехред М.Моргентал Корректор Ред авцов оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 1 Заказ 339 Тираж В Н И И 11 И Государствен ного комитета по изобр 113035, Москва, Ж, РаушПодписноеиям и открытиям при ГКНТ Ся наб 4/5