Электрокинетический микронасос

Электрокинетический микронасос

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к средствам для перекачивания малых количеств жидкости, более конкретно - к микронасосам без движущихся механических частей, а именно к микронасосам, основанным на использовании электрокинетического эффекта.

Известны электрокинетические (электроосмотические) микронасосы [1-4], основанные на использовании эффекта образования двойного электрического слоя на границе раздела полярная жидкость - твердый диэлектрик. При наложении внешнего электрического поля на высокопористые тела, находящиеся в контакте с полярной жидкостью и обладающие развитой поверхностью такого контакта, имеет место небольшое смещение подвижной (диффузной) части двойного электрического слоя относительно его неподвижной (пристеночной) части, за счет чего происходит принудительное перемещение жидкости в направлении, параллельном внешнему электрическому полю. Такие микронасосы имеют ряд ограничений, главными из которых являются электролиз перекачиваемого раствора, что может привести к изменению его химического состава, а также образование пузырьков газов в непосредственном контакте с пористым телом, что может привести к ухудшению или прекращению перекачивания жидкости [4].

Указанные недостатки устраняются в электрокинетическом микронасосе [5], в котором используются два пористых тела с противоположным знаком заряда поверхности пор, одно из которых функционирует при перекачивании жидкости от катода к аноду, а второе - при перекачивании от анода к катоду. При этом к каждому из пористых тел примыкает только один из электродов со стороны внешней части микронасоса, пористые тела соединены так, что создают общий поток во внутренней части микронасоса. Недостатками такого устройства являются сложность подбора пористых материалов или модификации их поверхностей, а также дороговизна устройства. В таком микронасосе также требуется использование электродов второго рода и солевых мостиков для того, чтобы полностью исключить возможность блокировки перекачивания жидкости пузырьками газа, а также модификации химического состава перекачиваемой жидкости за счет электролиза, что, в свою очередь, ограничивает возможности создания компактных устройств.

От указанных недостатков свободен также электрокинетический микронасос [6], при использовании которого в перекачиваемую жидкость вводятся микроколичества буферного вещества (например, гидрохинона), характеризующегося небольшими величинами окислительно-восстановительного потенциала и препятствующего электролитическому разложению воды или других газообразующих компонентов на электродах. Однако недостатком такого устройства является необходимость "загрязнения" перекачиваемой жидкости буферным веществом.

Микронасос, свободный от указанных недостатков, описан в [7]. В этом микронасосе в качестве электрода используется электропроводящий полимерный гель в контакте с металлической платиной. Вместо образования газов в результате электролиза в таком устройстве имеет место химическая перегруппировка органических веществ в составе полимерного геля. Однако недостатком такого устройства является то, что плотность электрического тока, которую можно обеспечивать с помощью таких электродов, настолько низкая, что устройство может быть использовано только для целей химического анализа с применением аналитических микрочипов.

Еще один электрокинетический микронасос, свободный от указанных недостатков, описан в патенте [8]. Устройство имеет полый цилиндрический корпус из неэлектропроводного материала. В корпусе размещены анодный и катодный электроды, подключенные к источнику постоянного тока. Между электродами расположено высокопористое керамическое тело с развитой внутренней поверхностью. Вплотную к каждому из электродов между ним и высокопористым телом размещена катионообменная мембрана. В стенке корпуса между торцами высокопористого тела и катионообменными мембранами выполнены каналы для протекания перекачиваемой жидкости. Оба электрода - хлорсеребряные.

Этот электрокинетический микронасос, выполненный на основе многоканальной структуры, которой является высокопористое керамическое тело, наиболее близок к предлагаемому.

Однако такое устройство имеет ряд недостатков.

Использование монополярных мембран одного и того же типа (например, катионообменных мембран) возле анодного и катодного электродов не защищает перекачиваемую жидкость от ионных загрязнений, в том числе, связанных с попаданием в эту жидкость загрязнений из электродов. Это связано с тем, что любая электрохимическая система, содержащая пару одинаковых ионообменных мембран между катодом и анодом, независимо от типа применяемого электрода, всегда проницаема по отношению к ионам определенного заряда, движущимся к одному из электродов. В случае катионообменных мембран система проницаема по отношению к катионам, движущимся к катоду.

В указанном устройстве используются электроды второго рода, а именно хлорсеребряные электроды, с целью предотвращения процессов электролиза. Однако в связи с вышеуказанным использование таких электродов приводит к непрерывному образованию и попаданию в перекачиваемую жидкость ионных компонентов электродной системы даже в отсутствие электролиза в перекачиваемой жидкости. В частности, в случае использования хлорсеребряных электродов постоянно образуются на анодном электроде и переносятся к катодному электроду ионы серебра, а также постоянно образуются на катодном электроде ионы хлора. При этом в пространстве между катодным электродом и ближайшей к нему катионообменной мембраной имеет место образование кристаллов малорастворимого соединения - хлорида серебра, которые необходимо непрерывно удалять для поддержания постоянных характеристик работы микронасоса. Кроме того, после попадания ионов серебра в перекачиваемую жидкость через ближайшую к анодному электроду катионообменную мембрану в дальнейшем переносе катионов к катодному электроду, помимо ионов серебра, могут участвовать все катионные компоненты перекачиваемой жидкости, например ионы водорода из воды. При этом в перекачиваемом растворе возможно образование гидроксида серебра и оксида серебра и других соединений, которые не только химически загрязняют перекачиваемую жидкость, но могут также блокировать работу микронасоса, забивая многоканальную структуру.

Попытка отказаться от использования электродов второго рода и заменить их электродами первого рода в известном микронасосе не могла бы привести к успеху, так как и в этом случае две одинаковые монополярные мембраны не защищали бы перекачиваемую среду от всех ионных загрязнений. Кроме того, возникли бы проблемы, связанные с процессами электролиза внутри перекачиваемой жидкости.

Использование хлорсеребряных электродов, как и любых других электродов второго рода, приводит, кроме того, к уменьшению допустимой плотности тока и вследствие этого - к уменьшению производительности насоса (электроды второго рода используют обычно для аналитических целей, а не для подвода электроэнергии). При одной и той же производительности это приводит к увеличению габаритов и удорожанию микронасоса.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в исключении возможности изменения химического состава перекачиваемой жидкости из-за внесения в нее посторонних компонентов или модификации исходных компонентов этой жидкости. Техническим результатом предлагаемого изобретения является также обеспечение возможности использования электродов первого рода для повышения производительности, уменьшения габаритов и стоимости микронасоса.

Ниже при изложении сущности предлагаемого изобретения и описании частных случаев его выполнения будут названы и другие виды достигаемого технического результата.

Для достижения названного технического результата предлагаемый электрокинетический микронасос содержит многоканальную структуру из неэлектропроводного материала со сквозными микроканалами, входы и выходы которых образуют входной и выходной торцы многоканальной структуры. К каждому из этих торцов многоканальной структуры примыкает электродная секция. В одной из электродных секций размещен анодный, а в другой - катодный электрод. Анодный и катодный электроды предназначены для подключения к соответствующим полюсам внешнего источника электрического тока. В каждой из электродных секций между размещенным в ней электродом и торцом многоканальной структуры установлено по одной ионообменной мембране. Ионообменные мембраны разделяют каждую из электродных секций, в которых они установлены, на две камеры. Камеры, расположенные по одну сторону каждой из ионообменных мембран, сообщаются с торцом многоканальной структуры, а камеры, расположенные по другую сторону каждой из ионообменных мембран, содержат указанные анодный и катодный электроды. Камеры обеих электродных секций, сообщающиеся с торцом многоканальной структуры, предназначены для протекания перекачиваемой жидкости. Одна из таких камер имеет канал для входа, а другая - для выхода перекачиваемой жидкости. Камеры, в которых расположены анодный и катодный электроды, предназначены для заполнения вспомогательной средой для переноса электрических зарядов. Одна из указанных ионообменных мембран является монополярной, а другая - биполярной. При этом тип монополярной ионообменной мембраны соответствует полярности ближайшего к ней электрода, а биполярная ионообменная мембрана обращена к ближайшему к ней электроду своей стороной, соответствующей полярности этого электрода.

Иначе говоря, если монополярная ионообменная мембрана является анионообменной, то она должна быть установлена в электродной секции, содержащей анодный электрод. В этом случае биполярная ионообменная мембрана должна быть установлена в электродной секции, содержащей катодный электрод, и обращена к нему своей катионитной стороной. И наоборот, если монополярная ионообменная мембрана является катионообменной, то она должна быть установлена в электродной секции, содержащей катодный электрод. В этом случае биполярная ионообменная мембрана должна быть установлена в электродной секции, содержащей анодный электрод, и обращена к нему своей анионитной стороной.

Предлагаемый электрокинетический микронасос объединяет с наиболее близким к нему, известным из патента [8], наличие многоканальной структуры, расположенной между анодным и катодным электродами, предназначенными для подключения к внешнему источнику электрического тока, наличие ионообменных мембран, установленных между указанными электродами и торцами многоканальной структуры, а также наличие каналов для входа и выхода перекачиваемой жидкости, протекающей в промежутках между торцами многоканальной структуры и ионообменными мембранами.

В отличие от указанного наиболее близкого известного, где используются одинаковые ионообменные мембраны (монополярные, причем обе - катионообменные), в предлагаемом электрокинетическом микронасосе ионообменные мембраны, установленные между торцами многоканальной структуры и электродами, - разные. При этом одна из них - не монополярная, а биполярная, а тип другой (монополярной) ионообменной мембраны определяется полярностью ближайшего к ней электрода. Поэтому возле анодного электрода, в отличие от известного из [8] микронасоса, никогда не может быть установлена катионообменная мембрана. Следующей особенностью, наряду с наличием биполярной ионообменной мембраны, является то, что эта мембрана должна быть ориентирована определенным образом, а именно, обращена к ближайшему к ней электроду своей стороной, соответствующей полярности этого электрода. Анодный и катодный электроды размещены в конструктивных частях предлагаемого электрокинетического микронасоса, примыкающих к торцам многоканальной структуры и образующих электродные секции. Каждая из электродных секций разделена монополярной или биполярной ионообменной мембраной на две камеры. Одна камера каждой из указанных секций примыкает к торцу многоканальной структуры. Эта камера служит для протекания перекачиваемой жидкости и снабжена каналом для входа (выхода) перекачиваемой жидкости. По другую сторону той же самой ионообменной мембраны в каждой электродной секции расположена вторая камера. Такие камеры в обеих электродных секциях образованы благодаря тому, что, в отличие от упомянутого известного устройства, ионообменные мембраны установлены не вплотную к электродам. Эти камеры предназначены для заполнения вспомогательной средой, служащей при эксплуатации микронасоса для переноса электрических зарядов между электродом и ближайшей к нему ионообменной мембраной.

Использование пары разных ионообменных мембран - монополярной и биполярной при условии, что ближайшим к катионообменной мембране (или катионитной стороне биполярной мембраны) является катодный электрод, а ближайшим к анионообменной мембране (или анионитной стороне биполярной мембраны) является анодный электрод, а также с учетом того, что биполярная мембрана предназначена не для переноса ионов, а только для разложения воды на ионы водорода и гидроксила, позволяет полностью изолировать друг от друга процессы, происходящие около электродов, и процессы, происходящие в многоканальной структуре, за исключением сбалансированного переноса указанных ионов водорода и гидроксила при сохранении электрической нейтральности среды. Это позволяет устранить возможность загрязнения перекачиваемой жидкости.

Использование такой системы мембран в сочетании с конструктивной особенностью, заключающейся в наличии между каждой из ионообменных мембран и электродом камеры для вспомогательной среды, обеспечивающей перенос зарядов в электродной секции и удаление или нейтрализацию продуктов электролиза, позволяет также исключить возможность изменения химического состава перекачиваемой жидкости.

Кроме того, благодаря этому становится возможным использование простых электродов первого рода с высокой допустимой плотностью тока для повышения производительности микронасоса, уменьшения его габаритов и стоимости.

Указанный выбор комбинации ионообменных мембран и их размещения относительно электродов обеспечивает возможность перекачивания жидкостей с избыточным зарядом того или иного знака в двойном электрическом слое в направлении от анодной электродной секции к катодной или в обратном направлении, в зависимости от знака упомянутого избыточного заряда.

Многоканальная структура может представлять собой, как и в известном электрокинетическом микронасосе по патенту [8], наиболее близком к предлагаемому, высокопористое тело. Однако предпочтительно использовать в составе предлагаемого микронасоса многоканальную структуру, выполненную в виде отрезка поликапиллярного столбика из неэлектропроводного материала со сквозными капиллярами, образующими множество параллельных микроканалов.

Такое выполнение многоканальной структуры обеспечивает наибольшую производительность микронасоса при прочих равных условиях, так как в случае параллельных каналов сумма электрических полей, образованных двойными электрическими слоями в каждом канале, имеет максимальную абсолютную величину. Кроме того, в капиллярном столбике обеспечивается меньший разброс поперечных размеров и длины каналов по сравнению с высокопористым телом, что тоже положительно сказывается на производительности микронасоса.

Предлагаемый микронасос может дополнительно содержать баромембраны для нанофильтрации или обратного осмоса, расположенные по одну или по обе стороны каждой из указанных ионообменных мембран.

Наличие баромембран способствует повышению эффективности перекачивания жидкостей, содержащих растворы электролитов, и позволяет предотвратить попадание ионных компонентов вспомогательной среды на ионообменные мембраны и их химическое "отравление".

Вспомогательная среда для переноса электрических зарядов может представлять собой, в частности, жидкость, идентичную перекачиваемой жидкости.

Это обеспечивает простоту эксплуатации устройства.

Вспомогательная среда для переноса электрических зарядов может представлять собой также раствор, суспензию или пасту смеси веществ, содержащих, по крайней мере, один и тот же химический элемент в разных степенях окисления.

Такой состав вспомогательной среды для переноса электрических зарядов позволяет исключить процессы газовыделения на анодном и катодном электродах. При этом эффективность действия вспомогательной среды для переноса электрических зарядов выше в двух последних случаях, т.е. когда эта среда используется в форме суспензии или пасты.

Вспомогательная среда для переноса электрических зарядов может также представлять собой раствор, по крайней мере, одного электролита, содержащего элемент, входящий в состав материала соответствующего электрода.

Такое выполнение целесообразно для предотвращения образования газообразных продуктов в той камере, заполняемой вспомогательной средой для переноса электрических зарядов, в которой размещен катодный электрод.

Далее, вспомогательная среда для переноса электрических зарядов может представлять собой гранулированный ионообменный материал.

Такое выполнение позволяет исключить попадание растворенных веществ ионного характера, а также газовых пузырьков в перекачиваемую жидкость.

Описанные виды вспомогательной среды для переноса электрических зарядов могут применяться как в микронасосе, не содержащем баромембран для нанофильтрации или обратного осмоса, так и в микронасосе с баромембранами, и сочетаться с любым из названных выше частных случаев их установки.

При любом из описанных выше видов вспомогательной среды для переноса электрических зарядов анодный электрод может быть выполнен из материала, не растворяющегося в этой среде под действием положительного электрического потенциала.

Такое выполнение позволяет длительно эксплуатировать анодный электрод без изменения его свойств.

В случае, когда вспомогательная среда для переноса электрических зарядов представляет собой гранулированный ионообменный материал, анодный электрод может быть выполнен также из материала, растворяющегося в этой среде под действием положительного электрического потенциала.

Это целесообразно для предотвращения образования газообразных продуктов в той камере, заполняемой вспомогательной средой для переноса электрических зарядов, в которой размещен анодный электрод.

При использовании в качестве вспомогательной среды для переноса электрических зарядов гранулированного ионообменного материала или раствора, по крайней мере, одного электролита, содержащего элемент, входящий в состав материала катодного электрода, катодный электрод может быть выполнен из материала, на котором осаждаются компоненты вспомогательной среды для переноса электрических зарядов под действием отрицательного электрического потенциала.

Такое выполнение целесообразно для предотвращения образования газообразных продуктов в той камере, заполняемой вспомогательной средой для переноса электрических зарядов, в которой размещен катодный электрод.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами.

На Фиг.1 и Фиг.2 показаны примеры выполнения электрокинетического микронасоса для перекачивания жидкостей, образующих избыточный положительный или отрицательный заряд в двойном электрическом слое, при заполнении камеры для вспомогательной среды жидкостью, идентичной перекачиваемой, и выполнении многоканальной структуры в виде отрезка поликапиллярного столбика.

На Фиг.3 показан пример выполнения электрокинетического микронасоса по Фиг.2, дополненного баромембранами для нанофильтрации или обратного осмоса, расположенными с тех сторон ионообменных мембран, которые обращены к торцам отрезка поликапиллярного столбика.

На Фиг.4 показан пример выполнения электрокинетического микронасоса по Фиг.2, дополненного баромембранами для нанофильтрации или обратного осмоса, расположенными с тех сторон ионообменных мембран, которые обращены к соответствующим электродам.

На Фиг.5 показан пример выполнения электрокинетического микронасоса по Фиг.2, дополненного баромембранами для нанофильтрации или обратного осмоса, расположенными с обеих сторон ионообменных мембран.

На Фиг.6 показан пример выполнения электрокинетического микронасоса, в котором в качестве вспомогательной среды для переноса электрических зарядов используется гранулированный ионообменный материал.

На Фиг.7 показан пример выполнения электрокинетического микронасоса по фиг.6, дополненного баромембранами для нанофильтрации или обратного осмоса.

На Фиг.8 приведен пример бескорпусного выполнения микронасоса с многоканальной структурой в виде отрезка поликапиллярного столбика.

На Фиг.9 показана схема двойного электрического слоя, который образуется в микроканалах многоканальной структуры.

На Фиг.10 показана зависимость скорости перекачивания различных жидкостей от напряжения постоянного тока на электродах микронасоса, выполненного в соответствии с Фиг.1.

На Фиг.11 показано выполнение микронасоса с разъемными электродными секциями.

Фиг.12 иллюстрирует процесс перестановки камер для вспомогательной среды по окончании цикла работы микронасоса по Фиг.11.

На Фиг.13 показана зависимость скорости перекачивания дистиллированной воды от напряжения на электродах микронасоса, выполненного в соответствии с Фиг.6.

На Фиг.14 показан пример выполнения электрокинетического микронасоса с электродами второго рода.

Фиг.15 - Фиг.17 относятся к примерам выполнения электрокинетического микронасоса с многоканальной структурой, не являющейся отрезком поликапиллярного столбика.

Предлагаемый электрокинетический микронасос в случае, иллюстрируемом Фиг.1, имеет цилиндрический полый корпус, состоящий из соединенных друг с другом двух трубчатых частей 101, 102, и две цилиндрические электродные секции - анодную 103 и катодную 104, с наружных сторон закрытые торцами (соответственно 105, 106). Соединение трубчатых частей 101, 102 корпуса друг с другом осуществлено с помощью втулки 107, а с анодной 103 и катодной 104 секциями - с помощью накидных гаек 108, 109.

Все названные элементы корпуса и обе названные секции выполнены из неэлектропроводного материала, например пластика. В качестве такого пластика могут быть использованы, полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол, плексиглас, полиамиды, полиимиды, поликарбонаты и др.

В корпусе размещена многоканальная структура в виде отрезка поликапиллярного столбика 110 из стекла, кварца или иного диэлектрика. Поликапиллярный столбик имеет сотни тысяч параллельных сквозных капилляров (микроканалов) одинакового размера от единиц до сотен микрон в поперечном сечении.

В анодной 103 и катодной 104 секциях размещены, соответственно, анодный 117 и катодный 118 электроды, а также монополярная ионообменная мембрана 111 и биполярная ионообменная мембрана 112. Знаками "+" и "-" на Фиг.1 и других фигурах показано подключение анодного и катодного электродов к соответствующим полюсам источника электрического тока. Мембраны 11, 112 вставлены в соответствующие секции в виде перегородок и разделяют каждую из этих секций на две камеры. Пространство между каждой из ионообменных мембран и ближайшим к ней входным 141 или выходным 142 торцом отрезка поликапиллярного столбика 110 является камерой (113, 114) для протекания перекачиваемой жидкости, а пространство между каждой из ионообменных мембран и ближайшим к ней торцом (105, 106) анодной 103 и катодной 104 секций - камерой (115, 116), заполняемой вспомогательной средой для переноса электрических зарядов. Анодный 117 и катодный 118 электроды размещены в камерах 115, 116, заполняемых вспомогательной средой для переноса электрических зарядов. При этом монополярная ионообменная мембрана 111 является анионообменной мембраной, а биполярная ионообменная мембрана 112 обращена к катодному электроду 118 своей катионитной стороной (для обозначения анионитной мембраны и анионитной стороны биполярной мембраны на Фиг.1 и последующих фигурах использован повторяющийся символ "А", а для обозначения катионитной стороны биполярной мембраны - повторяющийся символ "С"). Анодный электрод 117 выполнен из материала, нерастворимого во вспомогательной среде для переноса электрических зарядов под действием анодного потенциала, например, из платины или графита.

Анодная 103 и катодная 104 секции со стороны камер 113, 114 для протекания перекачиваемой жидкости снабжены штуцерами 119, 120. Осевые сквозные отверстия 121, 122 штуцеров являются каналами соответственно для входа и выхода перекачиваемой жидкости (направления движения жидкости показаны стрелками). Отрезок поликапиллярного столбика 110 вставлен так, что он не перекрывает отверстия 121, 122 штуцеров 119, 120. Со стороны камер 115, 116, заполняемых вспомогательной средой для переноса электрических зарядов, анодная 103 и катодная 104 секции снабжены отверстиями 125, 126 для выхода газов.

Концы трубчатых частей 101, 102 корпуса и примыкающие к ним концы анодной и катодной секций 103, 104 имеют конфигурацию, обеспечивающую их совмещение при соединении. Для обеспечения герметичности устройства и предотвращения протекания жидкости вне отрезка поликапиллярного столбика служат резиновые или силиконовые кольцевые уплотнительные прокладки 123, 124, плотно обжимающие отрезок поликапилдярного столбика 110 и размещенные в зоне стыка трубчатых частей 101, 102 корпуса с анодной 103 и катодной 104 секциями.

Между мембранами 111, 112 и стенками анодной 103 и катодной 104 секций нет зазоров. Это предотвращает протекание жидкостей между соседними камерами, разделенными каждой из этих мембран, за исключением молекулярного переноса воды и переноса анионов через анионитную мембрану 111.

Многоканальная поликапиллярная структура, выполненная в уже описанном и других описываемых ниже частных случаях в виде отрезка поликапиллярного столбика, может быть изготовлена, например, по технологии, описанной в патентах [9-11]. Возможно также использование описанной в патенте [12] технологии, применяемой при изготовлении поликапиллярных хроматографических колонок. Данная технология предпочтительна, так как она обеспечивает малый разброс размеров поперечного сечения микроканалов, а уменьшение разброса при прочих равных условиях положительным образом сказывается на производительности микронасоса. Это объясняется тем, что давление на выходе из более тонких единичных микроканалов многоканальной структуры выше, чем давление на выходе из более широких микроканалов. Уравнивание общего давления на выходном торце многоканальной структуры связано с образованием микроскопических противотоков и замедлением скорости перекачивания через более широкие единичные каналы.

Электрокинетический микронасос, показанный в разрезе на Фиг 2, аналогичен микронасосу, показанному на Фиг.1, за исключением того, что в катодную секцию 204 вставлена катионитная ионообменная мембрана 227, а биполярная ионообменная мембрана 212 вставлена в анодную секцию 203 таким образом, что анионитная сторона этой мембраны обращена к анодному электроду 217. Для обозначения катионитной мембраны на этой и последующих фигурах использован повторяющийся символ "С".

На Фиг.2, кроме уже указанных, использованы также следующие обозначения:

201, 202 - трубчатые части корпуса;

205, 206 - торцы анодной и катодной секций;

207 - втулка для соединения трубчатых частей корпуса;

208, 209 - накидные гайки для соединения трубчатых частей корпуса с анодной и катодной секциями;

210 - многоканальная структура в виде отрезка поликапиллярного столбика;

213, 214 - камеры для протекания перекачиваемой жидкости;

215, 216 - камеры, заполняемые вспомогательной средой для переноса электрических зарядов;

218 - катодный электрод;

219, 220 - штуцеры (соответственно, выходной и входной);

221, 222 - каналы штуцеров соответственно для выхода и входа перекачиваемой жидкости;

223, 224 - кольцевые уплотнительные прокладки;

225, 226 - отверстия в стенках соответственно анодной и катодной секций для выхода газов;

241, 242 - соответственно, входной и выходной торцы многоканальной структуры.

Вспомогательной средой, которой заполняют камеры 115, 116 и 215, 216 микронасосов по Фиг.1 и Фиг.2 соответственно, является жидкость, идентичная перекачиваемой.

Электрокинетический микронасос, показанный в разрезе на Фиг 3, аналогичен микронасосам, показанным на Фиг.1 и Фиг.2, за исключением того, что в анодную 303 и катодную 304 секции дополнительно вставлены баромембраны 327, 328 для нанофильтрации и обратного осмоса. Для обозначения баромембран на данной и последующих фигурах использован повторяющийся символ "В". Указанные баромембраны примыкают к ионообменным мембранам 311, 312 со стороны камер 313, 314 для протекания перекачиваемой жидкости.

На Фиг.3, кроме уже указанных, использованы также следующие обозначения:

301, 302 - трубчатые части корпуса;

305, 306 - торцы анодной и катодной секций;

307 - втулка для соединения трубчатых частей корпуса;

308, 309 - накидные гайки для соединения трубчатых частей корпуса с анодной и катодной секциями;

310 - многоканальная структура в виде отрезка поликапиллярного столбика;

315, 316 - камеры, заполняемые вспомогательной средой для переноса электрических зарядов;

317, 318 - анодный и катодный электроды соответственно;

319, 320 - штуцеры (соответственно, входной и выходной);

321, 322 - каналы штуцеров соответственно для входа и выхода перекачиваемой жидкости;

323, 324 - кольцевые уплотнительные прокладки;

325, 326 - отверстия в стенках соответственно анодной и катодной секций для выхода газов;

341, 342 - соответственно, входной и выходной торцы многоканальной структуры.

В микронасосе по Фиг.3, как и в микронасосах по двум предыдущим фигурам, в качестве вспомогательной среды для переноса электрических зарядов используют жидкость, идентичную перекачиваемой. Ею заполняют камеры 315, 316.

Особенность выполнения электрокинетического микронасоса в варианте, показанном на Фиг.4, состоит в том, что расположенные в анодной 403 и катодной 404 секциях камеры 415, 416, заполняемые вспомогательной средой для переноса электрических зарядов, герметичны и не имеют отверстий для выхода газов. При этом баромембраны 429, 430 примыкают к ионообменным мембранам 411 (анионообменной), и 412 (биполярной) со стороны указанных камер.

На Фиг.4, кроме уже указанных, использованы также следующие обозначения:

401, 402 - трубчатые части корпуса;

405, 406 - торцы анодной и катодной секций;

407 - втулка для соединения трубчатых частей корпуса;

408, 409 - накидные гайки для соединения трубчатых частей корпуса с анодной и катодной секциями;

410 - многоканальная структура в виде отрезка поликапиллярного столбика;

413, 414 - камеры для протекания перекачиваемой жидкости;

417, 418 - анодный и катодный электроды соответственно;

419, 420 - штуцеры (соответственно, входной и выходной);

421, 422 - каналы штуцеров соответственно для входа и выхода перекачиваемой жидкости;

423, 424 - кольцевые уплотнительные прокладки;

441, 442 - соответственно, входной и выходной торцы многоканальной структуры.

В качестве вспомогательной среды для переноса электрических зарядов в микронасосе, показанном на Фиг.4, может быть использован раствор смеси веществ, содержащих, по крайней мере, один и тот же химический элемент в разных степенях окисления. Например, это может быть кислый раствор смеси двухвалентного и трехвалентного железа или щелочной раствор смеси перманганата и манганата калия.

В качестве вспомогательной среды для переноса электрических зарядов в микронасосе, показанном на Фиг.4, может быть использована также суспензия или паста смеси веществ, содержащих, по крайней мере, один и тот же химический элемент в разных степенях окисления. Например, это может быть смесь солей двухвалентного и трехвалентного железа, двухвалентного и трехвалентного кобальта, смесь перманганата и манганата калия, перманганата калия и диоксида марганца, манганата калия и диоксида марганца, смесь солей хрома в разных степенях окисления и др.

Во всех случаях выполнения электрокинетического микронасоса, относящихся к варианту, показанному на Фиг.4, особенностью вспомогательной среды для переноса электрических зарядов, помещаемой в камеру 415 анодной секции 403, является избыточное содержание элемента в восстановленной форме в смеси соединений одного и того же элемента в разных степенях окисления.

Во всех случаях выполнения электрокинетического микронасоса, относящихся к варианту, показанному на Фиг.4, особенностью вспомогательной среды для переноса электрических зарядов, помещаемой в камеру 416 катодной секции, является избыточное содержание соединения элемента в окисленной форме в смеси соединений одного и того же элемента в разных степенях окисления.

Таким образом, вспомогательная среда для переноса электрических зарядов в обеих камерах 415, 416 во всех этих случаях удовлетворяет одному и тому же условию: в ее состав входит смесь веществ, содержащих, по крайней мере, один и тот же химический элемент в разных степенях окисления.

Электрокинетический микронасос, который показан в разрезе на Фиг 5, аналогичен микронасосу, показанному на Фиг.4, за исключением того, что в анодную 503 и катодную 504 секции вставлены по две баромембраны (соответственно, 527, 529 и 528, 530), примыкающие к ионообменным мембранам 511(анионитной) и 512 (биполярной) с обеих сторон.

На Фиг.5, кроме уже указанных, использованы также следующие обозначения:

501, 502 - трубчатые части корпуса;

505, 506 - торцы анодной и катодной секций;

507 - втулка для соединения трубчатых частей корпуса;

508, 509 - накидные гайки для соединения трубчатых частей корпуса с анодной и катодной секциями;

510 - многоканальная структура в виде отрезка поликапиллярного столбика;

513, 514 - камеры для протекания перекачиваемой жидкости;

515, 516 - камеры, заполняемые вспомогательной средой для переноса электрических зарядов;

517, 518 - анодный и катодный электроды соответственно;

519, 520 - штуцеры (соответственно, входной и выходной);

521, 522 - каналы штуцеров соответственно для входа и выхода перекачиваемой жидкости;

523, 524 - кольцевые уплотнительные прокладки;

541, 542 - соответственно, входной и выходной торцы многоканальной структуры.

Электрокинетический микронасос, который показан в разрезе на Фиг 6, близок по своему выполнению к микронасосу, показанному на Фиг.4, но имеет следующие особенности:

- он не содержит баромембран;

- в качестве вспомогательной среды для переноса электрических зарядов, помещаемой в камеры 615, 616 анодной 603 и катодной 604 секций, используется гранулированный ионообменный материал;

- анодный электрод 617 выполнен из материала, растворяющегося во вспомогательной среде для переноса электрических зарядов под действием положительного электрического потенциала;

- катодный электрод 618 выполнен из материала, на котором осаждаются компоненты вспомогательной среды для переноса электрических зарядов под действием отрицательного электрического потенциала.

На Фиг.6, кроме уже указанных, использованы также следующие обозначения:

601, 602 - трубчатые части корпуса;

605, 606 - торцы анодной и катодной секций;

607 - втулка для соединения трубчатых частей корпуса;

608, 609 - накидные гайки для соединения трубчатых частей корпуса с анодной и катодной секциями;

610 - многоканальная структура в виде отрезка поликапиллярного столбика;

611, 612 - соответственно анионитная и биполярная ионообменные мембраны;

613, 614 - камеры для протекания перекачиваемой жидкости;

619, 620 - штуцеры (соответственно, входной и выходной);

621, 622 - каналы штуцеров соответственно для входа и выхода перекачиваемой жидкости;

623, 624 - кольцевые уплотнительные прокладки;

631, 632 и 633, 634, 635 - слои гранулированного ионообменного материала, являющегося вспомогательной средой для переноса электрических зарядов, заполняющей соответствующие камеры анодной и катодной секций (подробнее см. ниже);

641, 642 - соответственно, входной и