一种基于限域结晶行为的流体可控输运结构、系统及方法

本申请属于流量调节阀，具体涉及一种基于限域结晶行为的流体可控输运结构、系统及方法。

背景技术：

1、流体可控输运系统对于化工生产、天然气输送、气动机器人和医疗设备等诸多应用领域有着重要的意义。在工业生产过程中，流体可控输运系统通常需要包括用于流量控制的流体可控输运结构，传统的流体可控输运结构为调节阀，通过控制调节阀的开度能够调节流体流量。然而，自上世纪70年代开始工业生产规模的极速发展，对于流体流量控制的要求也有所提高，现有的调节阀已经不能适应当前应用过程对于流体输送控制的需求。

2、目前调节阀在实际应用中存在一系列的挑战，例如，大多数调节阀组件繁多、装置笨重，为流体输运、安装、维护等方面带来不便；无论是液压调节阀还是气压调节阀，通常需要通过电磁阀来控制阀塞位置，且通常需要保持至少一个电磁阀处于通电状态，在能源越来越紧缺的当前，更应采用节能技术，降低能耗，提高能源利用率；而且在输运过程中，流体可能对调节阀造成污染，导致其使用寿命降低。

技术实现思路

1、本申请的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种基于限域结晶行为的流体可控输运结构、系统及方法。

2、本申请的技术方案如下：

3、一种基于限域结晶行为的流体可控输运结构，包括多孔材料和浸润该多孔材料的结晶功能材料，该结晶功能材料通过外界刺激在限域空间内发生结晶行为，并根据外界刺激强度的不同而改变其自身的结晶程度，进而与多孔材料复合形成固-液复合膜、不同结晶状态的固-固-液复合膜或固-固复合膜；

4、该结晶功能材料为水合盐类结晶材料、熔融盐类结晶材料、高级脂肪烃类结晶材料和脂肪酸及其酯类结晶材料中的至少一种；

5、且结晶功能材料与多孔材料的亲和性大于结晶功能材料与通过流体可控输运结构的流体的亲和性。

6、进一步优选的，结晶功能材料为乙酸钠水溶液、熔融氟化锂、对乙酰氨基酚水溶液、三酰基甘油和二酰基甘油的组合物、硬脂酸溶液或正十六烷与水溶液的o/w乳状液中的至少一种。

7、在一些可能的实现方式中，多孔材料包括孔径为1μm-100μm的不锈钢网、铜网、镍网、陶瓷膜和高分子膜中的至少一种。

8、在一些可能的实现方式中，输运流体为液体和/或气体；液体为水、甲醇、乙醇、食用油、烷烃、烯烃和芳烃中的至少一种；气体为空气、氧气、二氧化碳、氮气、一氧化碳、甲烷和氨气中的至少一种。

9、进一步优选的，多孔材料通过表面处理与结晶功能材料有良好的浸润性且排斥输运流体。

10、外界刺激包括超声、磁场、电场、微波、机械振动和添加晶种中的至少一种。

11、一种流体可控输运系统，包括上述流体可控输运结构。

12、在一些可能的实现方式中，流体可控输运系统还包括连通流体可控输运结构的输入通道和用于观察流体可控输运结构工作状态的观察单元，所输运的流体通过该输入通道的流向与通过该观察单元观察流体可控输运结构的方向交错。

13、一种流体可控输运的方法，通过上述流体可控输运结构实现，通过改变外界刺激的强度实现对结晶功能材料的结晶程度的调控，进而实现对流体的可控流量输运。

14、本申请的有益效果是：

15、1、本申请的流量可调的流体可控输运结构能够通过改变外界刺激的强度调控结晶功能材料的结晶程度，从而改变可控输运结构内部有效孔径，实现对流体流量的控制，结构简单，将该流体可控输运结构用于流体可控输运系统，便于流体输运、安装和维护。

16、2、在使用过程中，结晶功能材料能够响应于外界刺激而发生状态改变，在外界刺激消失后，结晶功能材料将保持该状态，无需持续施加外界刺激，降低能耗，提高能源利用率。

17、3、在输运过程中，流体仅与结晶功能材料接触而不会造成多孔材料的损耗，当流体可控输运结构被污染时，仅需更换结晶功能材料即可，相对于传统的调节阀更换，更加方便，且该结构具有更高的使用寿命。

技术特征：

1.一种基于限域结晶行为的流体可控输运结构，其特征在于，包括多孔材料和浸润该多孔材料的结晶功能材料，该结晶功能材料通过外界刺激在限域空间内发生结晶行为，并根据外界刺激强度的不同而改变其自身的结晶程度，进而与多孔材料复合形成固-液复合膜、不同结晶状态的固-固-液复合膜或固-固复合膜；

2.如权利要求1所述的流体可控输运结构，其特征在于，所述结晶功能材料为乙酸钠水溶液、硫代硫酸钠水溶液、氯化钙水溶液、硝酸铜水溶液、硝酸锶水溶液、熔融氟化锂、对乙酰氨基酚水溶液、三酰基甘油和二酰基甘油的组合物、硬脂酸溶液和正十六烷与水溶液的o/w乳状液中的至少一种。

3.如权利要求1所述的流体可控输运结构，其特征在于，所述多孔材料包括孔径为1μm-100μm的不锈钢网、铜网、镍网、陶瓷膜和高分子膜。

4.如权利要求1所述的流体可控输运结构，其特征在于，所述外界刺激包括超声、磁场、电场、微波、机械振动和添加晶种。

5.如权利要求1所述的流体可控输运结构，其特征在于，所述输运流体为液体和/或气体；所述液体为水、甲醇、乙醇、食用油、烷烃、烯烃和芳烃中的至少一种；所述气体为空气、氧气、二氧化碳、氮气、一氧化碳、甲烷和氨气中的至少一种。

6.如权利要求5所述的流体可控输运结构，其特征在于，所述多孔材料通过表面处理与结晶功能材料有良好的浸润性且排斥输运流体。

7.一种流体可控输运系统，其特征在于，包括权利要求1-6中任意一项所述的流体可控输运结构。

8.如权利要求7所述的流体可控输运系统，其特征在于，还包括连通所述流体可控输运结构的输入通道和用于观察所述流体可控输运结构工作状态的观察单元，所输运的流体通过该输入通道的流向与通过该观察单元观察所述流体运输结构的方向交错。

9.一种流体可控输运的方法，其特征在于，通过权利要求1-6中任意一项所述的流体可控输运结构实现，通过改变外界刺激的强度实现对结晶功能材料的结晶程度的调控，进而实现对流体的可控流量输运。

技术总结
本申请公开了一种基于限域结晶行为的流体可控输运结构、系统及方法，其中，流体可控输运结构包括多孔材料和能够根据外界刺激强度的不同而改变其自身的结晶程度，进而与多孔材料复合形成固‑液复合膜、不同结晶状态的固‑固‑液复合膜或固‑固复合膜的结晶功能材料；该结晶功能材料为水合盐类结晶材料、熔融盐类结晶材料、高级脂肪烃类结晶材料和脂肪酸及其酯类结晶材料中的至少一种；且结晶功能材料与多孔材料的亲和性大于结晶功能材料与所输运的流体的亲和性。本发明通过改变外界刺激的强度实现对结晶功能材料的结晶程度的调控，进而实现对流体的可控流量输运，具有操作简单方便、节能环保、更长的使用寿命等优势。

技术研发人员：侯旭,黄欣露,韩雨航
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/8