电渗透泵和液体馈送装置的制作方法

专利名称：电渗透泵和液体馈送装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适于控制用于生物技术、分析化学之类的微流体基片中的 流体运动的电渗透泵，并涉及一种其中包含有这种电渗透泵的液体馈送装置。
背景技术：
电渗透泵是根据电渗透现象来使传送液体的泵，它用作例如在毛细管和微 流体基片中的流体运动装置。基于电渗透现象是出现在具有几百pm或以下的宽度、非常狭窄的流体通 路内的事实，例如，可将毛细管直径设定为几百pm以下，或者将微流体基片 内的流体通路的宽度设定为几十pm，并在毛细管或流体通路中设置两个电极 (正、负电极)，从而将毛细管和流体通路变为泵。图38示出一种电渗透泵200，它包括各自容纳有电解液的容器202、 204， 容器202、 204通过充满电解液的毛细管206相互连接。当直流电源208在分 别设置在容器202、 204中的电极210、 212间施加直流电压时，就可通过毛细 管206将电解液从容器202传送至容器204。电渗透泵200的优点在于(1)电渗透泵200可使电解液无冲击地流动，(2) 由于可简便地通过将电极210、 212插入容器202、 204并在其间施加直流电压 来转移电解液，故电渗透泵200易于使用，以及(3)电渗透泵200没有机械运动 部件且其结构简单。因此，已考虑到在仅由狭窄流体通路构成的、约几mm大 小的宏观应用场合应用电渗透泵。图39示出一种电渗透泵214，它是一种电渗透泵200(参见图38)的较小型 式。电渗透泵214包括由电渗透材料(下文称为EO材料)制成的电渗透件220 和电极222、224，电渗透件220设置在形成于泵罩壳216内的流体通路218中， 而电极222、 224则分别设置于电渗透件220的上、下游侧，并在其内沿流体 通路方向具有多个细孔。电极并不限于所述的结构，也可呈导线形状。如果将呈电渗透性的多孔材料或充满细微粒子或纤维的结构等等用作EO 材料，那么就可以从pL/min到mL/min或以上的范围内的流量来传送电解液，
而无需毛细管206(参见图38)和/或微流体基片内的流体通路(参见非专利文件 1 3)。至于由直流电源208所施加至电极210、 212、 222、 224的直流电压，电 渗透泵200(参见图38)需有几十千伏的直流电压，而电渗透泵214可在大约仅 几伏的直流直压下就可使电解液流动。如果可在低电压下以所要的驱动压力大流量地传送电解液的话，那么，电 渗透泵就可不受制于采用小直径毛细管206和在微流体基片中的流体通路所造 成的种种限制，并因此可将电渗透泵214用于更大范围的应用场合。图40示出本发明所设想的电渗透泵230。电渗透泵230包括设置在其上部、 并容纳电解液的容器232。电渗透泵230具有与微流体基片234的流体通路236 相连接的下部。当在电极222、 224间施加其电压范围从几伏至30伏的直流电 压时，电解液就在100KPa或以上的最大压力下以约几十pL/min的最大流量从 容器232提供至流体通路236。非专利文件1:第2003/0068229号美国专利申请公报非专利文件2:第3923426号美国专利非专利文件3:第2004/0234478号美国专利申请公报发明内容由于电渗透是一种电化学现象，当直流电源208在电极222、 224间施加 直流电压时，在电极222、 224的附近会产生气体。未溶入电解液中的任何气 体呈气泡状飘浮在电解液中，这种飘浮的气泡会使流体通路236中的流动变为 不稳定，从而引起电渗透泵214运作故障，并大大影响诸如发生在流体通路236 下游的化学反应和化学分析之类的各种测量。更明确地说，电渗透泵214通常是个系统，其中，同时存在有电解液中的 离子电导和电极222、 224处的电子电导。在电极222、 224处，在其间充电转 换时就会产生气体。例如，在图39中，如果驱动液体是一种水溶液，其中电渗透件220的Zeta 电位为负电位，上游电极222为正电极而下游电极224为负电极，那么，当直 流电源208在电极222、 224间施加直流电压时，在电极222、 224附近就会引 起如下的电化学反应2H20>2H2+02 (1) 结果，就会在电极224(负极)处产生氢气，而在电极222(正极)处产生氧气。 如果产生在电极224附近的氢气量超过了电解液的可溶度，则氢气就形成气泡， 并从电渗透泵214流入系统下游。当采用电渗透泵214来控制与电渗透泵214下游相连的微流体基片中的细 微流体的位移时，流入微流体基片通道的气泡会使它难以对细微流体进行精确 的定位控制。气泡还会严重地影响系统中的传感器和致动器。例如，当采用热流量传感 器来控制细微流体的流量时，气泡会使热流量传感器难以精确测量流量，结果， 就不能用热流量传感器来执行反馈控制。形成在电渗透件220上的通孔的直径为pm量级或以下。因此，产生在电 极222附近的氧气不能通过电渗透件220，而会覆盖在电极222或电渗透件220 的表面。结果，就使电极222或电渗透件220与水溶液间的接触面积减小，从 而破坏了电渗透件220内的电场分布，并阻碍电解液流过电渗透件220。因此， 由于流量降低、流动阻断等而使泵性能降低。如果增加电极222、 224之间的电场强度以增大泵流量，则增加了的电场 强度会导致产生更多的气泡。电渗透泵214常常采用具有高导电率的电解液(缓冲溶液等)来作为用于稳 定电渗透目的的驱动液体。当将直流电压施加于电极222、 224时，在电极222、 224间的电流必然增大，从而促进了气体的产生。在将电渗透泵214应用于生物学、医疗以及与微电子有关的装置时，必须 解决上述的气体产生问题，用以稳定泵性能和提高泵效率。对于气体产生问题已考虑了一些对策。根据第一种对策，电极用离子导电 材料来制成，将该离子导电材料电连接于电渗透泵214的电子导体外侧，从而 使气体产生在电渗透泵214的外侧。尽管可以避免在电渗透泵214内的气体产 生问题，但由于需要在电渗透泵200、 214、 230的外侧将离子导电转变为电子 导电，故整个系统会很复杂。根据第二种对策，将电渗透泵214的流体通路构成为闭环流体通路，其中， 藉助于利用催化剂的复合器来将所产生的氧气和氢气转化为水。可是，由于本 发明所涉及的电渗透泵214的尺寸是从几mm至几cm范围，从而该泵可安装 在小的移动装置内并安装到微流体基片上，采用复合器会增大泵的尺寸并会使 泵的结构复杂化。
在电渗透泵214的上游侧连接有液柜或液筒，用于给电渗透件220提供电 解液。如果将电渗透泵214用作在宽广范围的应用场合的通用装置，则必须可 靠地给电渗透件220提供电解液，并且可靠地将电解液从电渗透件220排放至 电渗透泵214下游的装置。电渗透件220系由具有所谓的自吸能力的渗透材料 制成，用于吸收电解液并当所驱动的电解液到达电渗透件220的上游表面时将 其向下游排放。不过，采用电渗透泵214，当驱动液体从上游侧流过来时，如果电渗透件 220上游处的流体通路218很狭窄(几mm或以下)，则驱动液体就难以将电极 222附近的气体排出，而气体充斥于电渗透件220上游区域内，并因此气体被 限制在电渗透件220的上游区域。因而，驱动液体不到达电渗透件220上的电 极222的表面，而电渗透泵214就会不能工作或者其泵送能力降低。本发明旨在解决上述问题。本发明的一个目的在于提供一种能防止电极附 近所产生的气体向下游流动的电渗透泵。本发明的另一个目的在于，提供一种能可靠地给电渗透件提供驱动液体的 电渗透泵。本发明的又一个目的在于，提供一种能将充满液体容器的液体提供给外部 装置的、结构简单的电渗透泵。根据本发明的电渗透泵包括分别设置于流体通路中电渗透件的上、下游的 第一电极和第二电极，其中，当将电压施加于第一电极和第二电极时，就会在 流体通路中引起流经电渗透件的驱动液体，其特点在于，用于防止施加电压时 形成在第二电极附近的气体通过下游而允许驱动液体通过那里的下游液体通 过件设置于流体通路下游侧的第二电极的下游。采用上述设置方案，即使由于施加电压而在第二电极附近产生气体，设置 在电渗透件下游的下游液体通过件仍可使驱动液体通过而防止气体通过那里。 因此，可防止气体引入诸如微流体基片之类的、连接于流体通路下游侧的流体 装置，并且电渗透泵能精确地控制例如通过流体装置的液体的位置。用于将气体排出流体通路的下游通气口较佳地应设置在电渗透件和下游 液体通过件之间。在这种情况下，由于将产生在第二电极附近的气体经过下游 通气口排放到外部，就可防止在电渗透泵工作了很长时间后泵的性能由于否则 会粘附于第二电极和电渗透件的气泡而降低。即使产生在第一电极附近的部分 气体通过电渗透件，仍能经过下游通气口将之排出。
用于防止施加电压时外界物质流入电渗透件而使驱动液体通过那里的上 游液体通过件较佳地应设置于流体通路上游侧的电渗透件的上游。因此，要防 止外界物质和气泡粘附于电渗透件的表面，从而保持电渗透泵的性能。用于将在其上施加电压时产生在第一电极附近的气体排出的上游通气口 较佳地应设置于电渗透件和上游液体通过件之间。因此，可防止气体粘附于电 渗透件的上游，从而可防止电渗透泵的性能降低。用于自吸驱动液体的上游液体自吸机构较佳地应设置于流体通路的上游 侧且与电渗透件或第一电极相接触。因此，能可靠地给电渗透件提供驱动液体。用于自吸驱动液体的下游液体自吸机构较佳地应设置于流体通路的下游 侧且与电渗透件或第二电极相接触。因此，能可靠地将己从电渗透件排出的驱 动液体提供给与流体通路下游侧相连接的任何流体装置。可将上游液体自吸机构设置成与电渗透件和第一电极相接触，用于获得与 如上所述的同样的优点。还可将下游液体自吸机构设置成与电渗透件和第二电 极相接触，用于获得与如上所述的同样的优点。根据本发明的电渗透泵包括分别设置于流体通路内的电渗透件的上、下游 的第一电极和第二电极，其中，当将电压施加于第一电极和第二电极时，就会 在流体通路中引起流经电渗透件的驱动液体，其特点在于，用于自吸驱动液体 的上游液体自吸机构设置于流体通路的上游侧且与电渗透件或第一电极相接 触。采用上述设置方案，由于上游液体自吸机构和电渗透件保持相互接触，故 当上游液体自吸机构从外部充灌驱动液体时，该充灌的流体从上游液体自吸机 构迅速地透过电渗透件。然后，当给电极施加电压时，就能可靠地将驱动液体 从电渗透件排放至流体通路的下游侧。结果，即使在第一电极附近有气体存在， 仍能保持电渗透泵的自吸能力。用于防止在施加电压时外界物质流入电渗透件、并用于使驱动液体通过那 里的上游液体通过件较佳地应设置于流体通路的上游侧的电渗透件的上游。因 此，可防止外界物质和气泡粘接于电渗透件的表面，从而可保持电渗透泵的性 能。用于将在其上施加电压时产生在第一电极附近的气体排出的上游通气口 较佳地应设置于电渗透件和上游液体通过件之间。因此，可防止气体粘附于电 渗透件的上游，从而防止电渗透泵的性能降低。
用于自吸驱动液体的下游液体自吸机构较佳地应设置于流体通路的下游 侧且与电渗透件或第二电极相接触。因此，能可靠地经过下游液体自吸机构将 已从电渗透件排出的驱动液体提供给与电渗透泵下游相连接的任何流体装置。 由于将自吸机构分别设置在上、下游区域，可有效性地将驱动液体从上游区域 排放至下游区域，并且还能有效地将其从下游区域抽向上游区域。可将上游液体自吸机构设置成与电渗透件和第一电极相接触，用于获得与 如上所述的同样的优点。此外，还可将下游液体自吸机构设置成与电渗透件和 第二电极相接触，用于获得与如上所述的同样的优点。用于防止气体通过下游而使驱动液体通过那里的下游液体通过件较佳地 应设置于流体通路上游侧的第二电极的上游。由此，即使由于施加了电压而在 第二电极附近产生了气体，设置在电渗透件下游的下游液体通过件仍可使驱动 液体通过同时又可防止气体通过那里。因此，可防止将气体引入与流体通路的 下游相连接的、诸如微流体基片等等之类的任何流体装置中，此外，电渗透泵 还能例如精确地控制通过流体装置的液体位置。用于将在其上施加了电压时产生在第二电极附近的气体排出的下游通气 口较佳地应设置于电渗透件和下游液体通过件之间。在这种情况下，由于将产 生在第二电极附近的气体经过下游通气口排放到外部，就可防止在电渗透泵工 作了很长时间后泵的性能由于会粘附于第二电极和电渗透件的气泡而降低。即 使产生在第一电极附近的部分气体通过电渗透件，仍能经过下游通气口将之排 出。较佳的是，液体自吸件由亲水材料制成，气体通过液体自吸件所要的气体压力为lKPa或以上，液体自吸件沿流体通路方向的厚度为3mm或以下。较佳的是，通气口由设置在流体通路的侧壁上的疏水材料制成，驱动液体 通过通气口的压力要比电渗透泵运作时驱动液体的最大压力小，而通气口沿气 体通过方向的厚度为3mm或以下。较佳的是，自吸机构包括自吸件和通气口，自吸件设置于沿流体通路电渗 透件附近，而通气口设置成沿自吸件旁边并具有与自吸件的渗透压不同的渗透 压，该自吸件自吸驱动液体，并将驱动液体提供给电渗透泵。此外，通气口还 基于自吸件和通气口之间的渗透压差而将剩留在电渗透件上游的空气排出。 自吸件较佳地应由亲水材料制成，而通气口则较佳地应由疏水材料制成。 较佳的是，电渗透件或第一电极与上游液体通过件沿流体通路方向相互间 隔3mm或以下的间距，和/或电渗透件或第二电极与下游液体通过件沿流体通 路方向相互间隔3mm或以下的间距。确切地说，电渗透件或第一电极与上游 液体通过件之间的间距和/或电渗透件或第二电极与下游液体通过件之间的间 距是影响电渗透泵特性的重要参数。在张力比重力更为主要时该间距约为 3mm，在流体通路的阻力很大时该间距小于lnm。因此，较佳的是，将这两个 间距的每一个设置成对电渗透泵的特性适宜的值，该值在上值3mm至下值 1)im(lnm 3mm)的范围内。尤其，如果将上游液体通过件和上游通气口设置成与电渗透件和第一电极 相对，则电渗透件或第一电极与上游液体通过件之间的间距以及电渗透件或第 一电极与上游液体通过件之间的间距较佳的应设置成在上述范围内的值。类似 地，如果将下游液体通过件和下游通气口设置成与电渗透件和第二电极相对， 则电渗透件或第二电极与下游液体通过件之间的间距以及电渗透件或第二电 极与下游液体通过件之间的间距较佳地应设置成在上述范围内的值。可与上游液体自吸机构和电渗透件或第一电极紧密接触、并由亲水材料制 成的驱动液体吸收件较佳地应设置于上游液体自吸机构和电渗透件或第一电 极之间。此外，或代之，可与下游液体自吸机构和电渗透件或第二电极紧密接 触、并由亲水材料制成的驱动液体吸收件较佳地应设置于下游液体自吸机构和 电渗透件或第二电极之间。如果上游液体自吸机构系由刚性材料制成，则由于驱动液体吸收件与上游 液体自吸机构的表面紧密接触、并接触于电渗透件或第一电极的表面，就可通 过驱动液体吸收件以自吸的方式有效地吸收引入上游液体自吸机构中的驱动 液体，并将之迅速提供给电渗透件。驱动液体吸收件最好应由柔韧的、易保持 水分的、吸水材料制成，它夹在上游液体自吸机构和电渗透件或第一电极间， 以增大驱动液体吸收件的接触面。而且，由于驱动液体吸收件还起到在上游液 体自吸机构和电渗透件或第一电极之间的垫子的作用，故能高效率地将诸元件 组装起来。如果将驱动液体吸收件设置于下游液体自吸机构和电渗透件或第二电极 之间，而下游液体自吸机构系由刚性材料制成，则由于驱动液体吸收件与下游 液体自吸机构的表面紧密接触、并接触于电渗透件或第二电极的表面，就可通 过驱动液体吸收件以自吸的方式有效地吸收引入下游液体自吸机构中的驱动 液体，并将之迅速提供给电渗透件。在这种情况下，驱动液体吸收件最好应由 柔韧的、易保持水分的吸水材料制成，它夹在下游液体自吸机构和电渗透件或 第二电极之间，以增大驱动液体吸收件的接触面。而且，由于驱动液体吸收件 还起到在下游液体自吸机构和电渗透件或第二电极之间的垫子的作用，故能高 效率地将诸元件组装起来。在上述的各种发明中，较佳地应将流体通路设置在其中容纳有电渗透件、 第一电极和第二电极的泵罩壳内。流体通路较佳地应具有形成在泵罩壳的一个 表面中的上游入口和下游出口。因此，可容易地将电渗透泵安装到诸如一块板 之类的安装表面上，并可减轻总重量。由于是在一个表面上形成入口和出口， 故可将通气口设置在相对的表面上。由此，根据本发明的电渗透泵适用作一种 例如安装在电子装置内的、小尺寸的、安装于表面的泵。根据本发明的液体馈送装置包括上述电渗透泵和充满液体的液体容器，其 中，通过电渗透泵来排放储存在液体容器中的液体。当将电压施加于电渗透泵 的第一和第二电极时，就能通过电渗透泵的运作将储存在液体容器中的液体从 液体容器供出。这样，就可藉助于简单的结构来供应液体。当将电压施加于第 一和第二电极而同时采用上游液体自吸机构通过自动起来引导液体时，就可从 液体容器经过电渗透件以及从上游液体自吸机构提供液体。结果，就可有效地 供应液体。如果在液体馈送装置中的液体是甲醇或甲醇水(即用水稀释的甲醇)， 那么，就可将液体馈送装置合适地用作为用于将甲醇或甲醇水供应给燃料单元 系统的液体燃料供应筒。


图1是根据本发明的第一个实施例的电渗透泵的横截面图； 图2是局部的横截面图，示出由第一自吸机构执行的自吸功能。 图3是根据本发明的第二个实施例的电渗透泵的横截面图； 图4是放大的局部横截面图，示出图3所示的大直径部分和小直径部分的 复合互配。图5是放大的局部横截面图，示出图3所示的大直径部分和小直径部分的 粘接复合。图6是根据本发明的第三个实施例的电渗透泵的横截面图； 图7是根据本发明的第四个实施例的电渗透泵的横截面图； 图8是局部的横截面图，示出图7所示通气口的结构；
图9是沿图8的IX-IX线截取的垂向截面图
iim的多孔本体，而将空气泄放通路56构造成具有孔径D= 100pm的 多孔本体。将多孔本体置于容纳有电解液60的罩壳62中。电解液60向上渗漏入液体吸入件52和空气泄放通路56内，在液体吸入 件52和空气泄放通路56中形成压力结构。由于在液体吸入件52中的渗透压 (28kPa)与在空气泄放通路56中的渗透压(3kPa)之间的压差，透过液体吸入件 52的电解液推压经过空气泄放通路56的电解液60，而比透过空气泄放通路56 的电解液60更早到达电渗透件16的表面。结果，在电渗透件16表面附近的空气流入空气泄放通路56，在空气泄放通路56中形成约为3kPa的正压力。因此，自吸机构50从其自吸能力和排放空气的角度来看，满足三个条件 (l)具有较高渗透压P的液体吸入件52使电解液60到达入口腔26侧的电渗透 件16的表面，(2)应将存在于入口腔26中的空气从具有较低渗透压P(3kPa)的 空气泄放通路56排放到入口腔26之外，以及(3)由较低渗透压力P(3 kPa)所决 定的正压力应该形成在空气泄放通路56中。根据条件(l)，可给电渗透件16提供电解液60，从而在电渗透泵10A起动 时给电渗透件16的表面连续地提供电解液60。根据条件(2)，可使电渗透件16 的表面被电解液60浸湿而在入口腔26中的空气不阻碍电解液60的渗透。根 据条件(3)，自吸机构50能产生可将形成在入口腔26中的气体(包括形成在电 极18附近的氧气)排放到泵罩壳12之外的压力，从而可在电渗透泵10A自吸 时形成将电极18的氧气从通气口 44排出所要的压力。下面将描述在电渗透泵IOA致动时自吸机构50的运作速率。所要的、直 至入口腔26侧电渗透件16的表面被电解液60浸湿的时间可用作自吸机构50 的运作速率的粗略指标。在起到毛细管作用的液体吸入件52内的电解液60的运动由因表面张力而 引起的驱动力F(F=27rRYcose， R:液体吸入件52的直径)以及由毛细管内的粘 性阻力和重力所决定的压力来决定。如果因重力而引起的压力项比因表面张力 引起的驱动力小得多(即如果渗透压力足够低)，诸如在透过毛细管的电解液的 距离很小或当将毛细管水平放置时，由于重力项可忽略不计，在电解液60所 移动的距离Z与电解液60在液体吸入件52中移动所用的时间之间的关系可由 如下公式(3)给出Z2 = yRcosext/(2Ti) (3)式中t表示电解液60在液体吸入件52中移动的时间，而Ti表示液体吸入件 52的粘性模量。如果公式(3)中Z二20mm(从电渗透泵10A的上游连接口至电渗透件16的 表面的距离)、Y = 73mN/m， R=10|am、 9 = 0以及"=0.001 Pa-s，贝ijt三l秒。由 于t随着R的变小而变长，在自吸机构50的运作速率和液体吸入件52内的渗 透压之间要求有个折衷。根据第一实施例的电渗透泵IOA构造成为如上所述。以下，将参照图l和 2描述电渗透泵10A的运作和优点。 电渗透泵IOA的上游侧和液柜或液筒(未图示)相互连接，其中，给自吸机构50提供来自液柜或液筒的电解液。由于液体吸入件52具有从泵罩壳12凸 起的上游端，当液柜或液筒以及电渗透泵IOA的上游侧相互连接时，液体吸入 件52的上游端浸没在液柜或液筒中的电解液60内。电解液60透过液体吸入件52，移向液体吸入件52的下游，并进入空气泄 放通路56。当液体吸入件52中的电解液60比移经空气泄放通路56的电解液 60早到达电极18的表面时，在液体吸入件52中的电解液经过电极18中的孔 30透过电渗透件16。同时，电解液60在入口腔26中形成压力结构。由于液 体吸入件52中的渗透压高于空气泄放通路56中的渗透压，故电极28附近的 空气进入空气泄放通路56并排出，而推压空气泄放通路56中的电解液，或经 过空气泄放通路56排出。已透过电渗透件16的电解液60迅速地从入口电极18朝向出口电极20渗 漏，由此，充满电渗透件16。当直流电源34将直流电压施加于电极18、 20时，在电渗透件16中的电 解液60基于形成在电极18、 20间的电场而朝向出口电极20移动，并经过电 极20的孔32排入出口腔28。已排入出口腔28的电解液60通过气泡隔绝器40提供给诸如与流体通路 14的下游侧相连接的微流体基片(未图示)之类的流体装置。在施加直流电压时由电化学反应而产生在电极18附近的氧气气泡通过通 气口 44排出，而产生在电极20附近的氢气气泡通过通气口 42排出。在图1中，液体吸入件52的上游端从泵罩壳12上凸起。不过，无论液体 吸入件52和泵罩壳12的位置是否相互对准、或者液体吸入件52的上游端是 否处在泵罩壳12内，都能给液体吸入件52提供来自液柜或液筒的电解液60。因此，采用根据第一实施例的电渗透泵IOA，即使由于施加了直流电压而 在出口电极20附近产生了氢气，设置在电渗透件16下游的气泡隔绝器40可 使驱动液体和电解液60通过那里，而防止氢气通过。因此，可防止将氢气引 入诸如微流体基片(未图示)之类的、与流体通路14的下流侧相连接的流体装置 内。此外，电渗透泵IOA还能精确地控制通过流体装置的液体的位置。由于通过通气口 42将产生在出口电极20附近的氢气排出，就可防止在电 渗透泵10A运作了很长一段时间后，由于气泡会粘附到出口电极20和电渗透 件16上而引起的泵性能的降低。即使产生在入口电极18附近的一部分氧气通 过电渗透件16，它仍能通过通气口 42排出。通气口 44可有效地防止氧气粘附于电渗透件16和入口电极18的上游， 从而可防止电渗透泵10A的性能降低。由于自吸机构50的液体吸入件52和电渗透件16保持相互接触，故当液 体吸入件52充满着来自外部的电解液60时，所充满的电解液60就迅速地经 过液体吸入件52透过电渗透件16。当随后将直流电压施加于电极18、 20时， 就能可靠地将驱动液体和电解液60从电渗透件16排向流体通路14的下游侧。 结果，就可保持电渗透泵10A的自吸能力，即使在入口电极18附近存在有空 气时也如此。在上述描述中，从使驱动液体(电解液60)自吸的角度来看，最好保持液体 吸入件52与电渗透件16相接触。如果在入口电极18和电解液60间的浸湿性 良好，则可保持电渗透件i6和液体吸入件52与插入其间的入口电极18相接 触，即可将液体吸入件52和入口电极18保持相互接触。而且，还可将电渗透 件16和入口电极18保持与液体吸入件52相接触。假定气泡隔绝器40由亲水材料制成、气体通过气泡隔绝器40所要的气 压(最小气泡化点)为lkPa或以上、以及气泡隔绝器40沿流体通路14轴向方向 的厚度为3mm或以下，则根据本实施例所涉及的实际的泵特性(尺度和压力特 性)可防止产生在电极20附近的氢气沿流体通路14流至下游。如果通气口 42由疏水材料制成、驱动液体通过通气口 42的压力设定为比 泵运作时驱动液体的最大压力低的水平上、并且通气口 42沿气体在流体通路 14中通过方向的厚度为3mm或以下，则就可有效地排出产生在电极20附近的 氢气。在根据第一实施例的电渗透泵10A中，前面已经述及将电解液60用作驱 动液体。不过，也可采用其它液体来作为驱动液体。在这种情况下，当将直流 电压施加于电极18、 20时，会在电极18、 20附近产生该其它液体所特有的成 分的气泡。在电渗透泵10A中，电极18、 20的形状做成为具有形成在其中的孔30、 32的电极。不过，也可釆用导线状电极或者其表面上蒸附有金属的多孔体形状 的电极。电极18、 20较佳地应由诸如铂、碳、银之类的导电材料制成。假定电渗透件16是带负电的，则入口电极18用作正极而出口电极20用 作负极。不过，如果电渗透件16是带正电的，则入口电极18可用作负极而出 口电极20用作正极，也可实现上述运作和优点。尽管是将直流电压施加于电极18、 20的，但也可用脉冲电压施加于电极 18、 20。在电渗透泵IOA中，泵罩壳12包括从上游侧连续设置的大直径部分22和 小直径部分24。不过，泵罩壳12并不限于上述结构。泵罩壳12可具有直的整 体形状，或者可包括从上游侧连续设置的小直径部分和大直径部分。以下将参照图3 5描述根据第二实施例的电渗透泵10B。该电渗透泵10B 的与根据第一实施例的元件相同的元件同相同的附图标记来标示。对其它实施 例也是那样。如图3所示，根据第二实施例的电渗透泵10B包括设置在出口腔28中的 气泡隔绝器40。它与根据第一实施例的电渗透泵IOA(参见图1和图2)的差别 在于其中不设有通气口 42、 44和自吸机构50。电渗透泵10B用于入口腔26中加有防止气体生成的措施并具有大的上游 入口直径(例如5mm或以上)的应用场合，其中，电渗透泵IOB运作了一小段时 间时在出口腔28上无明显氢气生成。设置在出口腔28中的气泡隔绝器40可有效地防止气泡流入与流体通路14 的下游侧相连接的各种流体装置内。尽管有气泡积存在出口腔28中，但该气 体不会对泵的运作有多大影响，因为电渗透泵IOB的运作时间较短、而所产生 的气体量很小。气泡隔绝器40还可有效地防止并非气泡的外界物质流入多种 流体装置。由于电渗透泵IOB构成为元件数目较小且能防止气泡和外界物质流 向下游，故电渗透泵10B能以较低成本来制造。由于可确保出口腔28的体积比预期的气体产生量要大，故电渗透泵10B 能可靠地运行。电渗透泵10B可利用供给流体通路14的驱动液体，该流体具 有低的导电率，因而在将直流电压施加于电极18、 20时在电极18、 20附近不 会产生多少气体。驱动液体可以是酒精或有机溶剂。如图4所示，电渗透泵IOB包括相互独立但又相互紧配结合的大直径部分 22和小直径部分24，并具有夹在大直径部分22和小直径部分24之间的气泡 隔绝器40。如果在大直径部分22和小直径部分24的相互配装区域之间插入疏 水的衬垫、底座或O形环(未图示)，则就能防止电解液经过互配区域泄漏出去。如图5所示，电渗透泵10B可包括相互独立但又相互熔接或粘接的大直径 部分22和小直径部分24，并具有固定于小直径部分24的气泡隔绝器40。
在电渗透泵10B中，泵罩壳12包括从上游侧连续设置的小直径部分70、 大直径部分22和小直径部分24。不过，泵罩壳12并不限于上述结构。以下将参照图6描述根据第三实施例的电渗透泵IOC。根据第三实施例的电渗透泵10C与根据第二实施例的电渗透泵IOB(参见 图3)的不同点在于其入口腔26的大直径部分22和小直径部分70系由气泡隔 绝器72(上游液体通过件72)分隔开而相互独立的。气泡隔绝器72的结构与气泡隔绝器40基本相同，并用于在入口电极18 附近无明显气体产生并在出口电极20附近无明显气体产生的场合，该电渗透 泵IOC仅运作一小段时间。电渗透泵10C与根据第二实施例的电渗透泵10B (参见图3)以同样方式运 作并具有同样的优点。此外，即使外界物质和气泡从流体通路14的上游侧流 入电渗透泵IOC，气泡隔绝器72仍可防止这种外界物质和气泡流入入口腔26。 结果，就可保持电渗透泵10C的性能。以下将参照图7 14描述根据第四实施例的电渗透泵IOD。根据第四实施例的电渗透泵10D与根据第二实施例的电渗透泵IOB(参见 图3)的不同在于通气口 42设置于泵罩壳12的侧壁中出口电极20的附近。电渗透泵10D用于在入口腔26处产生气体不会造成多大问题的场合，此 时，即使产生了气体，气泡会因重力而从入口腔26排出。可将用于给流体通 路14提供驱动液体的容器与电渗透泵10D的上游侧相连接。采用电渗透泵IOD，即使在电极20附近产生大量气体，仍能通过通气口 42将气体排出。因此，可防止气泡沿流体通路14排放至下游，而电渗透泵10D 能连续运作一长段时间。如图8所示，电渗透泵10D可包括形成在出口腔28周围泵罩壳12的侧壁 上、与外部流体连通的多个孔74。此外，通气口 42可设置在泵罩壳12上靠近 孔74。如图9和10所示，孔74形成为沿泵罩壳12的周向呈相等间隔，从而可 将出口腔28中的气体通过孔74和通气口 42排出，而无论电渗透泵IOD设置 成的姿态如何。图9示出形成在泵罩壳12侧壁上、呈90。间隔的四个孔74，而 图IO示出形成在泵罩壳12侧壁上、呈60。间隔的六个孔74。通气口 42可包括靠近相应的孔74的多个通气口 42，或者通气口 42可环 绕泵罩壳12的侧壁以靠近孔74。 在图7和8中，通气口 42由疏水的透气塑性材料(例如PTFE透气热縮性 管)制成。如图11所示，通气口 42还可包括具有较大机械强度的多孔陶瓷块。 该多孔陶瓷块在处理成疏水后熔接或粘接在泵罩壳12的侧壁内，从而给驱动 液体提供足够高的最小透水点。如果不要求通气口 42为刚性的，则图11所示的多孔陶瓷块可用图12所 示的多孔薄片和薄膜来代替。如果将该薄片或薄膜设置于泵罩壳12中，则就 可保持薄片或薄膜相对于泵罩壳12的结合强度。如图13和14所示，如果气泡隔绝器40保持与出口电极20相接触，则气 泡隔绝器40、大直径部分22和电极20所形成的空间用作通气口流体通路，用 以将产生在电极20附近的气体通过通气口 42排出。因此，能将气体迅速地通 过通气口42排出。由于出口电极20和气泡隔绝器40保持相互接触，从电渗 透件16经过孔32排出的驱动液体可直接穿透进入气泡隔绝器40并经过那里 而提供给与流体通路14的下游侧相连接的多种流体装置。以下将参照图15描述根据第五实施例的电渗透泵IOE。根据第五实施例的电渗透泵10E与根据第四实施例的电渗透泵(参见图7) 的不同在于气泡隔绝器72设置在入口腔26中。电渗透泵10E以与根据第三和第四实施例的电渗透泵IOC、 IOD(参见图6 和7)同样的方式运作，并可提供同样的优点。电渗透泵10E可用于在入口腔26 内产生气体不会造成什么问题的场合，此时，可通过气泡隔绝器72来防止外 界物质和气泡从流体通路14的上游侧向内流入。以下将参照图16描述根据第六实施例的电渗透泵IOF。根据第六实施例的电渗透泵10F与根据第五实施例的电渗透泵10E(参见图 15)的不同在于通气口 44设置在泵罩壳12的侧壁内入口腔26的附近。电渗透泵10F以与根据第一和第五实施例的电渗透泵IOA、 IOE(参见图1 和图5)同样的方式运作，它可提供同样的优点。电渗透泵IOF可用于从入口电 极18产生的气体、以及从出口电极18产生的气体相当多的场合。如果在入口 腔26中的压力大于环绕电渗透泵10F的外部压力(即电渗透泵10F的内部压力 >外部压力)，则由于压力差就可将气体通过通气口 44排出。以下将参照图17 21描述根据第七实施例的电渗透泵IOG。根据第七实施例的电渗透泵10G与根据第六实施例的电渗透泵IOF(参见 图16)的不同在于自吸机构50设置在入口腔26中以替代气泡隔绝器72。在电 渗透泵10G中，自吸机构50包括液体吸入件52和空气泄放通路56。电渗透泵10G以与根据第一和第六实施例的电渗透泵IOA、 10F (图1和 16)同样的方式运作，并可提供同样的优点。电渗透泵IOG可用于在入口电极 18附近产生的气体以及在出口电极20附近产生的气体很多、且因此要求自吸 件16发挥自吸功能的场合。将具有较高渗透压的液体吸入件52和具有较低渗透压的空气泄放通路56 相互结合在一起用以在这些渗透压之下控制入口腔26中的压力。因此，就不 要求从电渗透泵10G的外部来对入口腔26加压，并能有效地将入口腔26内的 空气以及产生在电极18附近的气体排出。在图17中，空气泄放通路56包括简单的空气隙。不过，如图18所示， 空气泄放通路56也可由比液体吸入件52渗透压低的多孔材料(例如玻璃纤维) 制成。由于用于液体吸入件52中的驱动液体的渗透力要比空气泄放通路56中 的渗透力大，在将驱动液体提供给液体吸入件52时，液体迅速地透过液体吸 入件52，随后又迅速地经过电极18的孔30透过电渗透件16。多孔材料可以 是疏水的或亲水的。空气泄放通路56可由疏水的透气材料(例如塑性纤维材料)而不用如图18 所示的、具有低渗透压的材料来制成。在这种情况下，当液体吸入件52充满 驱动液体时，在入口腔26中的压力加大，因而将入口腔26中的空气经过空气 泄放通路56排出。如图20和21所示，液体吸入件52可设置成与小直径部分70的侧壁相接 触，并可具有多个沿流体通路14的轴向设置于其中的空气泄放通路56。空气 泄放通路56由疏水的透气材料制成。如果在电渗透泵IOG致动时液体吸入件 52其内部干燥，则在干燥内部中的空气可经过空气泄放通路56排出。以下将参照图22和23描述根据第八实施例的电渗透泵IOH。根据第八实施例的电渗透泵10H与根据第七实施例的电渗透泵IOG(参见 图17)的不同在于液体吸入件52包括凸起76，该凸起76将流体通路14的上游 侧和入口腔26分开并使之相互独立。在图22中，凸起76从液体吸入件52的侧壁上径向向外凸出，在入口腔 26附近将大直径部分22和小直径部分70分开并使之相互独立。在图23中， 凸起76凸出并压靠在小直径部分70的内壁上。液体吸入件52和凸起76由亲水材料制成，用以产生比驱动液体高的渗透
压，同时还起到气泡隔绝器72的作用(图6和15)。换种方式来说，液体吸入件 52和凸起76起到上游液体自吸机构以及上游液体通过件的作用。因此，液体 吸入件52和凸起76能防止外界物质和气泡流入电渗透泵IOH，同时又可防止 由于在自吸机构50上游处减压而流向入口腔26的上游。 以下将参照图24描述根据第九实施例的电渗透泵101。 根据第九实施例的电渗透泵IOI与根据第八实施例的电渗透泵IOH(参见图 22和23)的不同在于与自吸机构50相同的自吸机构(下游液体自吸机构)80 设置于流体通路14的下游区域中。自吸机构80包括保持与出口电极20相接触的液体吸入件82，液体吸入件 82包括从液体吸入件82的侧壁凸出、并形成出口腔28的凸起84。如同采用 液体吸入件52那样，该液体吸入件82由亲水材料制成，用以形成驱动液体的 高渗透压。凸起84还起到气泡隔绝器40的功能(参见图1、 3、 6、 7、 15 17、 22和23)。换种方式来说，液体吸入件82和凸起84起到下游液体自吸机构以 及下游液体通过件的作用。因此，液体吸入件82和凸起84能防止外界物质和 气泡沿流体通路14流向下游。将入口腔26中的气体通过通气口 44排出，并 将出口腔26中的气体通过通气口 42排出。由于自吸机构50、 58分别设置于 上游和下游区域，就能有效地将驱动液体从上游区域排向下游区域，并能有效 地将驱动液体从下游区域抽向上游区域。从驱动液体的自吸角度来看，较佳的 是，将液体吸入件82保持与电渗透泵16相接触。如果出口电极20与电解液 的浸湿性良好，则电渗透件16和液体吸入件82能通过出口电极20保持相互 接触，也就是说，液体吸入件82和出口电极20可保持相互接触。而且，电渗 透件16和出口电极20还可与液体自吸件52保持相互接触。 以下将参照图25描述根据第十实施例的电渗透泵IOJ。 根据第十实施例的电渗透泵IOJ与根据第九实施例的电渗透泵IOI(参见图 24)的不同在于液体吸入件52、 82没有凸起76、 84。在电渗透泵10J中，能有效地将驱动液体从上游区域向下游区域排出，并 能有效地将驱动液体从下游区域抽向上游区域。以下将参照图26描述根据第H"^ —实施例的电渗透泵IOK。 根据第十一第实施例的电渗透泵10K与根据第四实施例的电渗透泵 IOD(参见图7)的不同在于液体自吸件52设置在入口腔26中。电渗透泵10K以与根据第四和第七实施例的电渗透泵IOD、 IOG(参见图7
和17)同样的方式运作，并可提供同样的优点，它能够将产生在入口电极18附近的气体经过空气泄放通路56排出。从而可简化泵入口区域的结构。特别是在将传统的泵的尺寸减小时，用于驱动液体的容器的尺寸也减小，从而导致从 泵外部来的驱动液体难以充灌电渗透件。根据本实施例，设有驱动液体可有效地透过而使驱动液体容易充灌电渗透件的液体吸入件52，从而可减小容器的尺 寸。以下将参照图27和28描述根据第十二实施例的电渗透泵IOL。根据第十二实施例的电渗透泵10L与根据第十一实施例的电渗透泵 IOK(参见图26)的不同在于它没有通气口 42。电渗透泵10L以与根据第十一实施例的电渗透泵IOK(参见图26)同样的方 式运作，并可提供同样的优点，它可用于不要求气体泄放的应用场合。如果液体吸入件52具有凸起76，则与根据第八实施例的电渗透泵10H (参 见图22)相类似，液体吸入件52能可靠地防止外界物质和气泡流入入口腔26。以下将参照图29和30描述根据第十三实施例的电渗透泵IOM。根据第十三实施例的电渗透泵10M与根据第十二实施例的电渗透泵 IOL(参见图27和28)的不同在于它不包括气泡隔绝器40。根据第十三实施例的电渗透泵10M (参见图29)，与根据第十二实施例的电 渗透泵10L(参见图27和28)相类似，用于不要求有通气口的应用场合。此外， 如果液体吸入件52具有凸起76(参见图30)，则与根据第八实施例的电渗透泵 10H (参见图22)相类似，液体吸入件52能可靠地防止外界物质和气泡流入入口 腔26。以下将参照图31 34描述根据第十四实施例的电渗透泵ION。 根据第十四实施例的电渗透泵10N与根据第十三实施例的电渗透泵 IOM(参见图29和30)的不同在于还在出口腔28内设置自吸机构80。图31所示的电渗透泵ION与根据第十二和十三实施例的电渗透泵IOL和 IOM(参见图27 30)相类似，用于不需要气体泄放的应用场合。此外，如果液 体吸入件52具有凸起76(参见图32)，则与根据第八实施例的电渗透泵IOH(参 见图22)相类似，液体吸入件52能可靠地防止外界物质和气泡流入入口腔26。 而且，如果液体吸入件82具有凸起84(参见图33)，则与根据第九实施例的电 渗透泵10H (参见图24)相类似，液体吸入件82能可靠地防止外界物质和气泡 沿流体通路14流至下游。
再者，如果液体吸入件52、 82具有凸起76、 84(参见图34)，则液体吸入 件52、 82能可靠电防止外界物质和气泡流入入口腔26，同时还能可靠地防止 气泡沿流体通路14向外流至下游。以下将参照图35描述根据第十五实施例的电渗透泵100。根据第十五实施例的电渗透泵10O还具有比根据第十一实施例的电渗透 泵10K (参见图26)更特别的结构细部。泵罩壳12包括具有大直径部分22的第一部分12a和具有小直径部分24 的第二部分12b。自吸机构50、入口电极18、电渗透件16和出口电极20从上 游侧朝向其第二部分12b依此顺序接连地设置在第一部分12a中。气泡隔绝器 40和通气口 42设置在第二部分12b中，设置成面对电渗透件16和出口电极 20。在将第一部分12a和第二部分12b压配在一起后，电渗透件16和出口电极 20、气泡隔绝器40和通气口 42以及第一部分12a和第二部分12b就形成一个 构成出口腔28的封闭空间。驱动液体吸收件86设置在自吸机构50的液体吸入件52与入口电极18或 电渗透件16之间。如果液体吸入件52由诸如多孔陶瓷(例如氧化铝)之类的刚 性材料制成，则设置驱动液体吸收件86用来将已通过自吸引入液体吸入件52 的驱动液体迅速地提供给电渗透件16。特别是，驱动液体吸收件86系由诸如亲水的海绵状多孔体(孔径范围从 10pm至100nm)、纸浆薄片或人造纤维薄片之类的柔韧的、吸水的、亲水的和 可保持水分的材料制成，该材料与电渗透件16的表面紧密接触，并与液体吸 入件52的表面紧密接触。例如，驱动液体吸收件86包括厚度为lmm的亲水 的薄片，它压夹在液体吸入件52(具有大约几十(im孔径的孔的多孔陶瓷)和电 渗透件16(具有孔径在几十nm在几(im范围内的孔的多孔陶瓷之间，以增加其 与液体吸入件52的表面和电渗透件16的表面的接触面积，从而使液体吸入件 52和电渗透件16能通过驱动液体吸收件82相互可靠地连接在一起。因此，可将已通过自吸由液体吸入件52引入的驱动液体迅速地提供给电 渗透件16，从而可提高泵的性能。另外，由于驱动液体吸收件86还起作液体吸入件52和电渗透泵16或入 口电极18之间的垫子的作用，故能高效率地将这些元件组装起来。如果入口电极18对于驱动液体的浸湿性良好，则驱动液体吸收件86可由 与入口电极18紧密接触的材料制成，而可将电渗透件16和驱动液体吸收件86
保持与插入在其间的入口电极18相接触，也就是说，驱动液体吸收件86和入 口电极18保持接触而成为驱动液体吸收件86夹在入口电极18和液体吸入件 52之间。在这种情况下，可给电渗透件16提供来自液体吸入件52的驱动液体 以及穿过驱动液体吸收件86的驱动液体。而且，驱动液体吸收件86可由与入口电极18和液体吸入件52紧密接触 的材料制成，该电渗透件16和入口电极18保持与驱动液体吸收件86相接触 且入口电极18插入其间，也就是说，驱动液体吸收件86可与电渗透件16和 入口电极18保持接触，该驱动液体吸收件86夹在电渗透件16和/或入口电极 18与液体吸入件52之间。在这种情况下，可从液体吸入件52经过驱动液体吸 收件86给电渗透泵16提供驱动液体。如果入口电极18由诸如铂支承的碳、碳纤维、不锈钢网格之类的对于驱 动液体的浸湿性欠佳的材料制成，则就要求将入口电板18的孔30的直径加大， 并通过这些孔30来使电渗透件16和驱动液体吸收件86保持相互直接接触。第二部分12b包括面向出口电极20并具有形成流体通路14的中央区域的 表面。中央区域设置成凸向出口电极20的凸出区域90，而气泡隔绝器40就安 装在该凸出区域90上。面向出口电极的第二部分12b的表面还包括与凸出区 域90邻靠的凹下区域88，通气口 42设置在凹下区域88中。第二部分12b上 形成有多个孔74，这些孔74从通气口 42相对于驱动液体流动方向向下游延伸 (图35的左边)。在图35中，面向出口电极并原本是个平面的第二部分12b的表面局部地 被加工成凹下区域88，且其中央区域形成为凸出区域90。不过，可将环绕气 泡隔绝器40的区域形成为凹下区域88，而将通气口 42设置在凹下区域88中。 换种方式来说，至少较佳地不应将其上设有气泡隔绝器40的中央区域加工成 凹下区域88。如果气泡隔绝器40包括亲水的聚乙醚砜薄膜(具有孔径为0.2pm的孔)，则 可得到大约300kPa的最小的气泡化点。在这种情况下，气泡隔绝器40粘接于 凸出区域90，以在出口腔28和小直径部分24(即流体通路14的下游侧)内的流 体通路14的部分之间形成防护罩。如果通气口 42包括PTFE多孔薄膜(具有孔径为O.lpm的孔)，则可得到 300kPa或以上的透水点。在这种情况下，通气口 42粘接于凹下区域88，以在 出口腔28和孔74之间形成防护罩。 可借助于超声波熔接、热熔接、粘接、激光束焊接等等的方法将气泡隔绝器40粘接于凸出区域90，并可将通气口 42粘接于凹下区域88。孔74的大小为可使气体以预定的速率从出口腔28通过通气口 42排出。 孔74较佳地应为圆形的或呈切口形状(例如具有从O.lmm至2mm范围内的孔 径)，从而使在出口腔28中的压力之下、施加至PTFE薄膜(通气口 42)的张力 负载不至过大。保持压靠在PTFE薄膜上的孔74的边缘(即孔74的上游侧边缘) 较佳的应是削斜的，用以防止PTFE薄膜损坏。出口腔28沿流体通路14的方向形成的间隙、即在电渗透件16或出口电 极20与通气口 42间的间隙(间距)，以及在电渗透件16或出口电极20与气泡 隔绝器40之间的间隙(间距)是影响电渗透泵10O特性的重要参数。这些间隙较 佳地应在从l)iim至3mm范围内。特别是，当表面张力比重力占更主要地位时 该间隙应为大约3mm，而当流体通路14的阻力很大时该间隙应为小于lpm。 因此，就电渗透泵10O的特性而言，应将每个间隙设定为其范围在从上限值 3mm至下限值lpm之间的合适的值(例如约lmm)。通过将上述间隙设定为在上述范围内的某个小值，可将产生在电渗透泵 10O中的气泡限为一定量。因此，该泵的工作稳定，且可减小在将气体从出口 腔28通过通气口 42和孔74排出时泵流量的波动。此外，还可减小电渗透泵 IOO的无用容积。而且，由于还可通过将间隙设定为上述范围内的数值来减小 重力对气体排放的影响，故无论电渗透泵IOO会朝向什么方向，泵特性都保持 不变，结果电渗透泵IOO就可自由定向。例如，可将电渗透泵IOO的下游侧(小 直径部分24)向上定向。如果在出口腔28中出现气泡，则会终止在流体通路14中的驱动液体的流 动或者改变驱动液体的流量。不过，设置在凹下区域88中的通气口42可用于 将更可能保留在凹下区域88内而不太可能在凸出区域90的气泡从通气口 42 经过孔74高效地排出。更明确地说，由于气泡不能通过设置在凸出区域90上 的气泡隔绝器40，故气泡由于出口腔28中的内压力移动进入设置在凸出区域 卯旁边的凹下区域88，并通过孔74从通气口 42排出。因此，采用根据第十五实施例的电渗透泵100，已通过自吸被引入液体吸 入件52的驱动液体被驱动液体吸收件86有效地吸收，并被迅速地提供给电渗 透件16。当直流电源34将直流电压施加至入口电极18和出口电极20时，就 将电渗透件16中的驱动液体从出口腔28通过气泡隔绝器40提供到电渗透泵
10O的外部。在出口腔28中的气泡从通气口 42经过孔74排出。至于根据第十五实施例的电渗透泵100，已述及驱动液体吸收件86是夹 在液体吸入件52与电渗透件16和/或电渗透件16上游的第一电极18之间、或 在流体通路14中的液体吸入件52与第一电极18之间的。不过，代替这种设 置方案(或附加到这种设置方案上)，也可将驱动液体吸收件86夹在液体吸入件 82(参见图24、 25和31 34)与电渗透件16禾B/或电渗透件16下游的第二电极 20、或在液体吸入件52和第二电极20之间，由此得到与上述同样的优点。至于根据第十五实施例的电渗透泵100，已述及在电渗透件16或出口电 极20与通气口 42之间的沿流体通路14的方向间隙、以及在电渗透件16或出 口电极20与气泡隔绝器40之间沿流体通路14的方向的间隙在从lpm至3mm 的范围内。不过，代替这种设置方案(或附加到这种设置方案上)，在电渗透件 16或入口电极18与通气口 44(参见图1、 16、 17和22 25)之间的间隙、以及 在电渗透件16或入口电极18与气泡隔绝器72(参见图6、 15和16)之间的间隙 可在从l!im至3mm的范围内，由此可得到与上述同样的优点。 以下将参照图36描述根据第十六实施例的电渗透泵10P 根据第十六实施例的电渗透泵IOP与根据第一至第十五实施例的电渗透泵 10A 10O(参见图1 35)的不同在于流体通路14的上游端(入口 87)和下游端 (出口 89)形成在表面91中(图36中的右面)，而通气口 42和孔74形成在相对 的表面93上(图36中的左面)。根据第十六实施例的电渗透泵10P可安装在(连接到)诸如一块板之类更易 于安装的表面上，并能减轻总重量。因此，电渗透泵IOP适用作例如电子装置中的小型表面安装泵。以下将参照图37描述结合有根据第十五实施例的电渗透泵10O(参见图35)的液体馈送装置110。液体馈送装置110包括具有闭合底部和开口顶部的管状液体容器92 (例如 具有15cm的深度)，该液体容器92充满了诸如甲醇或用水稀释的甲醇水。电 渗透泵10O安装在液体容器92的顶部且其下游侧(小直径部分24)向下。液体 容器92中装有液体燃料吸收件96，液体燃料吸收件96能有效地吸收液体燃料 94并与液体吸入件52相耦连。液体燃料吸收件％较佳地应由具有高的气孔率的亲水多孔材料或纤维材 料(例如易保持水分的天然纸浆纤维材料)制成。不过，液体燃料吸收件96也可
由与液体吸入件52相同的材料制成，或较佳的可由具有比形成液体吸入件'52的材料更高的保持水分能力的材料来制成。吸收在液体燃料吸收件96中的液体燃料94通过自吸经过液体燃料吸收件 96引入液体吸入件52。然后，再经过驱动液体吸收件86将液体燃料94提供 给电渗透件16。在直流电源34将直流电压施加到入口电极18和出口电极20 时，在电渗透件16中的液体燃料94就从出口腔28供应通过气泡隔绝器40再 供至电渗透泵10O外部，同时，在出口腔28中的气泡从通气口 42经过孔74 排出。诸如甲醇或甲醇水之类的液体燃料94用作为燃料电池系统的燃料。因此， 就能将液体容器92中的液体燃料94籍助于简单的结构提供给燃料电池系统。如果液体燃料94包括100%的甲醇，则即使在向电渗透泵IOO提供液体燃 料94时在其上产生有气泡，也会因为气泡中在甲醇中的溶解度很高而所有的 气泡全都溶解在甲醇中。因此，可以免去上述通气口结构(通气口 42和孔74)。 如果液体燃料94包含水，则由于水的存在增大了泵流而气体的溶解度很小， 故不可避免要产生气泡。不过，由于电渗透泵IOO具有由通气口 42和孔74构 成的通气口结构，故所产生的气泡能高效率地从电渗透泵IOO中排出。因为电渗透泵IOO是个定向自由的泵，故无论将电渗透泵IOO放置成什 么姿态总可给它提供液体燃料94。由此，电渗透泵IOO适用于移动装置等等。 由于液体燃料吸收件96设置在液体容器92中，就能将储存在液体容器92内 的液体燃料94完全地提供至液体容器92之外。如果电渗透泵10O和液体燃料吸收件96可拆卸地安装在液体容器92中， 则可将电渗透泵10O和液体燃料吸收件96与燃料电池系统结合起来，其中可 仅更换液体容器92来方便地重新充满液体燃料94。以上已述的根据第十五实施例的电渗透泵10O (参见图35)是装在液体馈 送装置110中的。不过，根据第一至第十四和第十六实施例的电渗透泵10A 10N和IOP(参见图1 34和36)也可用来将液体燃料94提供至液体容器92之 外。根据本发明的电渗透泵和液体馈送装置并不局限于上述实施例，还可采用 其它的多种设置方案而不脱离本发明的要旨。 (工业实用性〕采用根据本发明的电渗透泵，即使由于施加了电压而在第二电极附近产生 了气体，设置在电渗透件下游的下游液体通过件仍能使驱动液体通过而防止气 体通过那里。因此，可防止气体流入诸如微流体基片之类的、与电渗透件下游 相连接的任何种类的流体装置。此外，电渗透泵还能精确地控制通过流体装置 的液体位置。另外，采用根据本发明的电渗透泵，由于上游液体自吸机构和电渗透件保 持相互接触，当上游液体自吸机构充满了来自外部的驱动液体时，驱动液体会 从上游液体自吸机构迅速地透过电渗透件。当随后再将电压设加于电极时，就 能可靠地将驱动液体从电渗透件排放至流体通路的下游侧。结果，即使在第一 电极附近存在有气体，也仍能保持电渗透泵的自吸能力。此外，采用根据本发明的电渗透泵，当将电压施加于电渗透泵的第一和第 二电极时，就可将储存在液体箱柜中的液体提供到电渗透泵的外部。因此，可 藉助于简单的结构来提供液体。
权利要求
1.一种电渗透泵(10A～10I、10K、10L、10N～10P)，包括分别设置于流体通路(14)中的电渗透件(16)的上、下游的第一电极(18)和第二电极(20)，其中，当将电压施加于所述第一电极(18)和所述第二电极(20)时，就使驱动液体(60、94)在所述流体通路(14)中流经所述电渗透件(16)，其特征在于，在所述流体通路(14)下游侧的所述第二电极(20)的下游设置下游液体通过件(40、84)，该下游液体通过件(40、84)用于防止施加所述电压时形成在所述第二电极(20)附近的气体通过下游并使所述驱动液体(60、94)通过那里。
2. 如权利要求1所述的电渗透泵(10A、 10D 10I、 IOK、 100、 IOP)，其特征 在于，在所述电渗透件(16)和所述下游液体通过件(40、 84)之间设置下游通气口 (42)，该下游通气口(42)用于将所述气体排出所述流体通路(14)之外而排至外部。
3. 如权利要求1或2所述的电渗透泵(10C、 IOE、 IOF、 IOH、 101、 IOL、 ION)，其特征在于，在所述流体通路(14)上游侧的所述电渗透件(16)的上游设置上游液体通过件 (72、 76)，该上游液体通过件(72、 76)用于防止施加所述电压时外界物质流入所述 电渗透件(16)而使所述驱动液体(60)通过那里。
4. 如权利要求3所述的电渗透泵(10F、 IOH、 101)，其特征在于， 在所述电渗透件(16)和所述上游液体通过件(72、 76)之间设置上游通气口(44)，该上游通气口(44)用于在施加所述电压时将形成在所述第一电极(18)附近的气体排 放至外部。
5. 如权利要求1 4中任一项所述的电渗透泵(10A、10G 10I、10K、10L、10N IOP)，其特征在于，在所述流体通路(14)的上游侧且与所述电渗透件(16)和所述第一电极(18)中的 一个相接触地设置上游液体自吸机构(50)，该上游液体自吸机构(50)用于使所述驱 动液体(60、 94)自吸。
6. 如权利要求1 5中任一项所述的电渗透泵(IOI、 ION)，其特征在于， 在所述流体通路(14)的下游侧且与所述电渗透件(16)和所述第二电极(20)中的一个相接触地设置下游液体自吸机构(80)，该下游液体自吸机构(80)用于使所述驱 动液体(60)自吸。
7. —种电渗透泵(10A、 10G 10P)，包括分别设置于流体通路(14)中的电渗透 件(16)的上、下游的第一电极(18)和第二电极(20)，其中，当将电压施加于所述第一 电极(18)和所述第二电极(20)时，就使驱动液体(60、 94)在所述流体通路(14)中流经 所述电渗透件(16)，其特征在于，在所述流体通路(14)的上游侧且与所述电渗透件(16)和所述第一电极(18)中的 一个相接触地设置上游液体自吸机构(50)，该上游液体自吸机构(50)用于使所述驱 动液体(60、 94)自吸。
8. 如权利要求7所述的电渗透泵(10H、 101、 10L 10N)，其特征在于， 在所述流体通路(14)上游侧的所述电渗透件(16)的上游设置上游液体通过件(76)，该上游液体通过件(76)用于防止施加所述电压时外界物质流入所述电渗透件 (16)并使所述驱动液体(60)通过那里。
9. 如权利要求8所述的电渗透泵(10H、 101)，其特征在于， 在所述电渗透件(16)和所述上游液体通过件(76)之间设置上游通气口(44)，该上游通气口(44)用于将施加所述电压时形成在所述第一电极(18)附近的气体排出至 外部。
10. 如权利要求7 9中任一项所述的电渗透泵(IOI、 IOJ、 ION)，其特征在于， 在所述流体通路(14)的下游侧且与所述电渗透件(16)和所述第二电极(20)中的一个相接触地设置下游液体自吸机构(80)，该下游液体自吸机构(80)用于使所述驱 动液体(60)自吸。
11. 如权利要求7 10中任一项所述的电渗透泵(10A、 10G 10I、 IOK、 IOL、 10N 10P)，其特征在于，在所述流体通路(14)的下游侧的所述第二电极(20)的下游设置下游液体通过件 (40、 84)，该下游液体通过件(40、 84)用于防止所述气体通过下游并使所述驱动液 体(60、 94)通过那里。
12. 如权利要求11所述的电渗透泵(10A、 10G 10I、 IOK、 100、 IOP)，其特 征在于，在所述电渗透件(16)和所述下游液体通过件(40、 84)之间设置下游通气口(42)， 该下游通气口(42)用于将施加所述电压时形成在所述第二电极(20)附近的气体排出 至外部。
13. 如权利要求1 6、 8、 9、 11和12中任一项所述的电渗透泵(10A、 101、 10K IOP)，其特征在于，所述液体通过件(40、 84、 72、 76)由亲水材料制成；气体通过所述液体通过件(40、 84、 72、 76)所要求的气压为lKPa或以上；以及所述液体通过件(40、 84、 72、 76)沿所述流体通路(14)方向上的厚度为3mm 或以下。
14. 如权利要求2、 4、 9和12中任一项所述的电渗透泵(10A、 10D 10K、 100、 IOP)，其特征在于，所述通气口(42、 44)由设置于所述流体通路(14)的侧壁上的疏水材料制成； 所述驱动液体(60、 94)通过所述通气口(42、 44)的压力小于所述电渗透泵工作 时所述驱动液体(60、 94)的最大压力；以及所述通气口(42、 44)沿所述气体通过方向的厚度为3mm或以下。
15. 如权利要求5 12中任一项所述的电渗透泵(10A、 10G 10P)，其特征在于，所述液体自吸机构(50、 80)包括设置于沿所述流体通路(14)在所述电渗透件(16) 附近的自吸件(52、 82)，以及在所述自吸件旁边并具有与所述自吸件(52、 82)的渗 透压不同的渗透压的空气通气口(14、 56);以及所述自吸件(52、 82)自吸有所述驱动液体(60、 94)，且将所述驱动液体(60、 94)提供给所述电渗透件(16)，而所述空气通气口(14、 56)基于在所述自吸件(52、 82) 和所述空气通气口(14、 56)之间的渗透压差将剩留在所述电渗透件(16)的上游的空 气排至外部。
16. 如权利要求15所述的电渗透泵(10G)，其特征在于，所述自吸件(52、 82)由亲水材料制成，而所述空气通气口(56)由疏水材料制成。
17. 如权利要求1 6、 8、 9和11中任一项所述的电渗透泵(10A 101、 10K IOP)，其特征在于，所述电渗透件(16)或所述第一电极(18)和所述上游液体通过件(72、 76)沿所述 流体通路(14)方向相互间隔3mm或以下的间距，和/或所述电渗透件(16)或所述第二电极(20)和所述下游液体通过件(40、 84)沿所述 流体通路(14)方向相互间隔3mm或以下的间距。
18. 如权利要求5 12、 15和16中任一项所述的电渗透泵(100)，其特征在于， 在所述上游液体自吸机构(50)和所述电渗透件(16)或所述第一电极(18)之间设置驱动液体吸收件(86)，该驱动液体吸收件(86)由亲水材料制成，并与所述上游液体自吸机构(50)和所述电渗透件(16)或所述第一电极(18)紧密接触；和/或在所述下游液体自吸机构(80)和所述电渗透件(16)或所述第二电极(20)之间设 置驱动液体吸收件(86)，该驱动液体吸收件(86)由亲水材料制成，并与所述下游液 体自吸机构(80)和所述电渗透件(16)或所述第二电极(20)紧密接触。
19. 如权利要求1 18中任一项所述的电渗透泵(10P)，其特征在于， 所述流体通路(14)形成在其中容纳有所述电渗透件(16)、所述第一电极(18)和所述第二电极(20)的泵罩壳(12)中；以及所述流体通路(14)具有形成在所述泵罩壳(12)的一个表面(91)中的上游入口 (87)和下游出口(89)。
20. —种液体馈送装置(110)，包括根据权利要求1 19中任一项所述的电渗透泵(10A 10P)，以及 充满液体(94)的液体容器(92)，其中，通过所述电渗透泵(10A 10P)将所述容器(92)中的所述液体(94)提供给外部。
全文摘要
在电渗透泵(10A)中，气泡隔绝器(40)设置在出口腔(28)处从而与出口电极(20)隔开，通气口(42)设置在泵罩壳(12)的侧壁上接近出口电极(20)处，且通气口(44)设置在泵罩壳(12)的侧壁上接近入口电极(18)处。自吸机构(50)设置在入口腔(26)中，自吸机构(50)由通过入口电极(18)与电渗透件(16)相接触的液体自吸件(52)构成，且空气泄放通路(56)形成于围绕液体自吸件(52)的侧壁的围绕件(54)和泵罩壳(12)的内壁之间。
文档编号G01N35/08GK101213457SQ20068001843
公开日2008年7月2日 申请日期2006年3月30日 优先权日2005年3月30日
发明者柳泽一郎, 西川正名 申请人:微流体科技有限公司