一種液態金屬電磁泵的製作方法

2023-05-28 23:02:36

專利名稱：一種液態金屬電磁泵的製作方法
技術領域：
本發明涉及散熱器領域，尤其涉及一種液態金屬電磁泵。
背景技術：
在工業生產過程中，液態金屬散熱技術應用於液態金屬傳熱領域，液態金屬散熱技術應用時，管道中流動的液態金屬，依靠電磁泵的驅動作用，流過發熱元件時吸收熱量，流經溫度較低的散熱器時又放出熱量，之後再流經發熱元件，依次循環，將熱量從發熱元件帶到散熱器進行散熱的技術。現有電磁泵產品中，可以使用半導體溫差發電模塊為電磁泵供電，半導體溫差發電模塊可以感應溫差，同時，利用溫差產生電能，半導體溫差發電模塊(上百對半導體溫差發電組件串聯在一起)貼合在散熱器上，作為電源(電壓> IV，電流< 5A)通過長距離導線連接電路，為電磁泵供電，驅動管道中的液態金屬流動。但現由於現有的半導體溫差發電模塊產生的電流，經過遠距離導線傳輸後，由於導線長距離傳輸，電能損耗較大，同時導線電阻太大，電流變得很小，所以電磁泵內部液態金屬受到的洛倫茲力(即流體的驅動力)有限，液態金屬流動速率很低，從而進一步導致液態金屬傳熱效率也會降低，進而影響液態金屬電磁泵的使用性能。

發明內容
本發明的目的在於提供一種液態金屬電磁泵，以解決上述問題。為了達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的:—種液態金屬電磁泵，包括殼體和設置在殼體內部的截面為矩形的液態金屬管道、導電導熱體、至少一個半導體溫差發電組件、磁體組件和一對絕緣絕熱層；所述絕緣絕熱層分別設於所述液態金屬管道的相對的外側壁上；所述半導體溫差發電組件設於所述液態金屬管道的上內側壁和/或下內側壁上，且歐姆接觸；所述導電導熱體套於所述液態金屬管道外，且與所述液態金屬管道的上外側壁貼合；所述磁體組件用於產生使所述液態金屬管道內的液態金屬沿所述液態金屬管道的延伸方向流動的磁場。與現有技術相比，本發明實施例的優點在於:本發明提供的一種液態金屬電磁泵，其中，液態金屬管道用於盛裝液態金屬。在使用時導電導熱體的底面與發熱面貼合，可以將吸收的發熱面的熱量傳遞到溫差發電組件外表面。半導體溫差發電組件(由一整片半導體熱電材料或熱電材料薄膜製成)可以感應溫差，產生感應電動勢，形成半導體一液態金屬一導電導熱體一半導體的電流迴路，其中液態金屬中的電流是向上或向下的；例如:半導體溫差發電組件設置液態金屬管道內，且與液態金屬管道上內側壁和/或下內側壁貼合，與液態金屬管道電連接，可以向液態金屬管道內的液態金屬提供電流；磁體組件對液態金屬管道內負載電流的液態金屬施加洛倫茲力作用，從而驅動液態金屬在液態金屬管道內流動。同時在上述結構中，導電導熱體包裹在液態金屬管道上，還用於形成傳輸電流的循環通道，構成電源(即液態金屬內部的半導體溫差發電組件)的外部迴路。另外，絕緣絕熱層分別設置在殼體內部的液態金屬管道的左外側壁、右外側壁上，這樣避免內部電源和外部迴路造成短路現象，同時大大減小了液態金屬管道左右兩側的熱傳遞，使半導體發電組件的上下表面溫度均勻，保證了通過液態金屬的電流是平行向上或向下的。由於使用導電導熱體，直接替代導線使用，導電導熱體可以選擇例如銅鑄件或鋁件，與其他元器件一體成型為液態金屬電磁泵，導電導熱體節省了遠距離傳輸所帶來的電能損耗，同時導電導熱體(例如銅鑄件等)的電阻遠遠小於導線的電阻，致使電路電流更大，這樣進而保障大電流，因為洛倫茲力F=BIL,因此由於電流I的變大，洛倫茲力F也相應變大，進而提升了電磁泵對電能的利用效率及液態金屬流動速率，利用液態金屬傳熱的速度也隨之提升了。


圖1為本發明實施例一提供的液態金屬電磁泵的橫截面結構示意圖；圖2為本發明實施例一提供的液態金屬電磁泵的部分結構立體示意圖；圖3為本發明實施例二提供的液態金屬電磁泵的橫截面結構示意圖；圖4為本發明實施例二提供的液態金屬電磁泵的另一種橫截面結構示意圖；圖5為本發明實施例二提供的液態金屬電磁泵的在熱循環系統中工作示意圖；圖6為本發明實施例三提供的液態金屬電磁泵的一種橫截面結構不意圖；圖7為本發明實施例三提供的液態金屬電磁泵的另一種橫截面結構示意圖；圖8為本發明實施例三提供的液態金屬電磁泵的另一種橫截面結構示意圖。
具體實施例方式下面通過具體的實施例子並結合附圖對本發明做進一步的詳細描述。實施例一參見圖1和圖2，本發明實施例一提供的一種液態金屬電磁泵1，設置在發熱器2的發熱面20上，包括殼體10和設置在殼體內部的截面為矩形的液態金屬管道12、導電導熱體14、至少一個半導體溫差發電組件13、磁體組件11和一對絕緣絕熱層16 ；絕緣絕熱層16分別設於液態金屬管道的相對的外側壁上；半導體溫差發電組件13設於液態金屬管道的上內側壁和/或下內側壁上，且歐姆接觸；其中:半導體溫差發電組件13由一整片半導體熱電材料或熱電材料薄膜製成。導電導熱體14套於液態金屬管道外,且與液態金屬管道的上外側壁貼合；磁體組件11用於產生使液態金屬管道內的液態金屬沿液態金屬管道的延伸方向流動的磁場。需要說明的是，其中，液態金屬管道用於盛裝液態金屬。導電導熱體的底面與發熱面貼合，可以將吸收的發熱面的熱量傳遞到溫差發電組件外表面。半導體溫差發電組件可以感應溫差，產生感應電動勢，並向液態金屬管道內的液態金屬提供電流；例如:半導體溫差發電組件設置液態金屬管道內，且與液態金屬管道上內側壁和/或下內側壁貼合，並與液態金屬管道及液態金屬電連接，可以向液態金屬管道內的液態金屬提供電流；磁體組件對液態金屬管道內負載電流的液態金屬施加洛倫茲力作用，從而驅動液態金屬在液態金屬管道內流動。同時在上述結構中，導電導熱體包裹在液態金屬管道上，還用於形成傳輸電流的循環通道，構成電源(即液態金屬內部的半導體溫差發電組件)的外部迴路。另外，絕緣絕熱層分別設置在殼體內部的液態金屬管道的左外側壁、右外側壁上，這樣避免內部電源和外部迴路造成短路現象。由於使用導電導熱體，直接替代導線使用，導電導熱體可以選擇例如銅鑄件或鋁件，與其他元器件一體成型為液態金屬電磁泵，導電導熱體節省了遠距離傳輸所帶來的電能損耗，同時導電導熱體(例如銅鑄件等)的電阻遠遠小於導線的電阻，致使電路電流更大，這樣進而保障大電流，因為洛倫茲力F=BIL,因此由於電流I的變大，洛倫茲力F也相應變大，進而提升了電磁泵對電能的利用效率及液態金屬流動速率，利用液態金屬傳熱的速度也隨之提升了。在實施例一中，由於使用導電導熱體，直接替代導線使用，導電導熱體可以選擇例如銅鑄件或鋁件，導電導熱體節省了遠距離傳輸所帶來的電能損耗，同時銅鑄件電阻遠遠小於導線的電阻，致使電路電流更大，這樣進而保障大電流，小電壓，進而提升了電磁泵對電能的利用效率及液態金屬流動速率，利用液態金屬傳熱的速度也隨之提升了。同時，導電導熱體與整個殼體內部的液態金屬管道，磁體組件等元器件一體成型，設計結構簡單，節省了很多的使用空間。本領域技術人員應該可以理解，利用半導體溫差發電組件產生的電能來直接驅動管道中的液態金屬快速流動以進行快速傳熱的裝置。液態金屬流動的動力來自電磁泵，由於大電流作用，電磁泵推進效率將會提升。分析上述結構可知，導電導熱體的底面與發熱面貼合，用於將吸收的發熱面的熱量傳遞到溫差發電組件外表面。工作時半導體溫差發電組件兩面會產生溫差，同時，半導體溫差發電組件會產生溫差電動勢，形成液態金屬一半導體溫差發電組件一液態金屬管道的金屬外壁一(通過導電導熱體形成導電迴路)液態金屬電流迴路，這樣避免了使用大量的導線，同時電路的電阻變得更小，電流更大，進而利用熱能產生低電壓(幾個毫伏)、大電流(可達100A)的電源，高效率地驅動電磁泵工作，使液態金屬快速流動，可以實現很高的熱傳導速度。參見圖3，半導體溫差發電組件產生的電流垂直於半導體溫差發電組件鋪設平面，(圖3中向上或向下的箭頭方向)由於使用導電導熱體作為導電迴路使用，在導電的過程中，銅的電阻遠遠小於導線的電阻，致使電路電流更大，這樣進而保障大電流，小電壓，進而提升了電磁泵對電能的利用效率及液態金屬流動速率，利用液態金屬傳熱的速度也隨之提升了。在本發明實施例中，把電磁泵與半導體溫差發電組件兩個獨立的器件整合成一個簡單緊湊的器件，並通過導電導熱體形成電流迴路，簡化了結構，提高了可靠性，節省了空間。實施例二實施例二與實施例一中關於液態金屬電磁泵的部分結構相同，但具體結構不同，其他零部件及各裝置、零部件之間的連接關係和結構相同之處不再贅述。本發明實施例二提供的一種液態金屬電磁泵1，參見圖3，設置在發熱器2的發熱面20上，包括殼體10和設置在殼體內部的截面為矩形的液態金屬管道12、導電導熱體14、至少一個半導體溫差發電組件13、磁體組件11和一對絕緣絕熱層16 ；
絕緣絕熱層16分別設置於液態金屬管道12的相對的外側壁上；半導體溫差發電組件13設置於液態金屬管道的上內側壁和/或下內側壁上；導電導熱體14套於液態金屬管道外,且與液態金屬管道的上外側壁貼合；磁體組件11用於產生使液態金屬管道內的液態金屬沿液態金屬管道的延伸方向流動的磁場。 較佳地，參見圖3和圖4，磁體組件11包括第一永磁體；第一永磁體設置在殼體10的頂部；而且，液態金屬管道12設置在第一永磁體的豎直下方。進一步地,液態金屬電磁泵I還包括兩個導磁片15 ；兩個導磁片15分別固定在第一永磁體的兩端；液態金屬管道位於導磁片之間。較佳地，殼體內的液態金屬管道為長方體管道。最好選擇相對扁平的長方體管道。較佳地，液態金屬管道通過法蘭或螺紋與殼體連接。進一步地,液態金屬電磁泵I還包括導磁環；導磁環包裹殼體的外表面，用於保障磁體組件的磁作用不損失，其中，本發明實施例對於導磁環的具體形狀不做限定，且導磁環包裹殼體的外表面只是其中一種優選的可實施方案。較佳地，導電導熱體為銅鑄件。較佳地，液態金屬電磁泵I還包括導電保護層17 ；導電保護層設置在半導體溫差發電組件朝向液態金屬管道中心的外表面上。(即導電保護層位於液態金屬與半導體溫差發電組件之間。)較佳地，所述導電保護層為鍍銅或鍍銀層。較佳地,半導體溫差發電組件厚度為5-50 μ m。需要說明的是，殼體(外殼金屬)材料可以為銅，也可以為鋁或鋁合金，或其它導熱導電金屬。半導體溫差發電材料很薄，在IOym左右，半導體與固體金屬或液態金屬的接觸必須為歐姆接觸；當不是歐姆接觸時，半導體與金屬接觸表面應做歐姆接觸處理。當液態金屬可能腐蝕半導體時，半導體材料表面加(鍍、濺射、沉積)金屬膜保護。另外，當使用一塊溫差發電材料時，可以用溫差電動勢高的合金材料(如康銅)代替半導體材料，工藝簡單，泵效率較半導體材料低。參見圖3，在實施例二中，由於使用銅鑄件作為導電導熱體，致使銅直接作為導電體使用，在導電的過程中，銅的電阻遠遠小於導線的電阻，致使電路電流更大，這樣進而保障大電流，小電壓，進而提升了電磁泵對電能的利用效率及液態金屬流動速率，利用液態金屬傳熱的速度也隨之提升了。進一步地，永磁體設置在殼體的頂端，並充分地佔據了殼體內部的空間，這樣可以保障永磁體足夠大，同時液態金屬管道設置在導磁片之間，保障磁場更加強烈，由於磁場作用更加強烈，促使液態金屬的所受洛倫茲力更大，加速液態金屬流動性，進一步提高了液態金屬電磁泵的性能。圖3是液態金屬電磁泵的橫截面結構圖,該截面垂直於液態金屬的流動方向。該液態金屬電磁泵由磁體組件、絕緣絕熱層、帶長方體管道的銅件(或鋁件)、液體金屬、半導體溫差發電組件等組成，半導體溫差發電組件是一整片合金或半導體溫差發電組件，平行於發熱體的散熱平面，以半導體溫差發電組件為優；液態金屬管道是一扁平的長方體管道，處於永磁體之間的平行磁場中，管道扁平的平面平行於半導體溫差發電組件平面；液態金屬與半導體溫差發電組件接觸，當半導體溫差發電組件兩面產生溫差電動勢時。由於液態金屬電磁泵中半導體溫差發電組件是很薄的一層(幾十微米左右)，為防止液體金屬流動時對其磨損或腐蝕，可在其與液態金屬接觸的表面加裝導電保護層，比如鍍銅、銀、鋁等。本發明提供的液態金屬電磁泵其工作原理是:當電子器件發熱面(即發熱器2)因工作而發熱時，半導體溫差發電組件兩面會產生溫差，同時，半導體溫差發電組件會產生溫差電動勢，形成液態金屬一半導體溫差發電組件一液態金屬管道的金屬外壁一液態金屬或相反方向的電流迴路，從而在長方體管道的液態金屬中產生垂直於半導體溫差發電組件平面(圖3中向上或向下的箭頭方向)的電流。半導體溫差發電組件間接吸收發熱器散發的熱量，由於電流是垂直於磁場方向的，垂直於磁場方向的電流會受到洛倫茲力，從而帶動長方體管道內的液態金屬沿著垂直於紙面方向的管道流動。長方體管道的液態金屬再通過外接的密封管道，流經散熱器3，在散熱器3降溫後再流回本系統中發熱器進行吸熱，如此往復循環，可以將熱量不斷由發熱面傳送到散熱器3進行散熱，從而構成了如圖5示意的循環系統。其中，半導體溫差發電組件也可以設置兩片，例如參見圖4，圖4中示意了具有兩片半導體溫差發電組件的液態金屬電磁泵的結構。實施例三實施例三與實施例二中關於液態金屬電磁泵的部分結構相同，但殼體的具體結構布局和各個器件之間的位置關係不同，其他零部件及各裝置、零部件之間的連接關係和結構相同之處不再贅述。參見圖6、圖7和圖8,,本發明實施例三中的液態金屬電磁泵1，相同結構不再贅述，不同的結構如下:磁體組件11包括第二永磁體和第三永磁體；第二永磁體、第三永磁體設置在殼體10的內部，且第二永磁體和第三永磁體的N極與S極相對設置；液態金屬管道設置在第二永磁體和第三永磁體之間。其中，與本發明實施例二中相同結構不再贅述。具體地，參見圖6、圖7和圖8，磁體組件均為兩個永磁體構成，進而構成液態金屬殼體的結構。需要說明的是，永磁體也可以設置在長方體管道裡面或在長方體通道外側；因此，溫差驅動的電磁泵結構也就有多種形式，本發明對此不做具體限定，但是凡是符合上述液態金屬殼體結構，本發明均應予以保護。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種液態金屬電磁泵,其特徵在於， 包括殼體和設置在殼體內部的截面為矩形的液態金屬管道、導電導熱體、至少一個半導體溫差發電組件、磁體組件和一對絕緣絕熱層； 所述絕緣絕熱層分別設於所述液態金屬管道的相對的外側壁上； 所述半導體溫差發電組件設於所述液態金屬管道的上內側壁和/或下內側壁上，且歐姆接觸； 所述導電導熱體套於所述液態金屬管道外，且與所述液態金屬管道的上外側壁貼合；所述磁體組件用於產生使所述液態金屬管道內的液態金屬沿所述液態金屬管道的延伸方向流動的磁場。
2.如權利要求1所述的液態金屬電磁泵，其特徵在於， 所述磁體組件包括第一永磁體； 所述第一永磁體設置在所述殼體的頂部。
3.如權利要求2所述的液態金屬電磁泵，其特徵在於， 還包括兩個導磁片； 兩個所述導磁片分別固定在所述第一永磁體的兩端； 所述液態金屬管道位於導磁片之間。
4.如權利要求1所述的液態金屬電磁泵，其特徵在於， 所述磁體組件包括第二永磁體和第三永磁體； 所述第二永磁體、所述第三永磁體設置在殼體的內部，且所述第二永磁體和所述第三永磁體的N極與S極相對設置； 所述液態金屬管道設置在所述第二永磁體和所述第三永磁體之間。
5.如權利要求3或4所述的液態金屬電磁泵，其特徵在於， 所述液態金屬管道通過法蘭或螺紋與所述殼體連接。
6.如權利要求5所述的液態金屬電磁泵，其特徵在於， 還包括導磁環； 所述導磁環包裹所述殼體的外表面。
7.如權利要求1所述的液態金屬電磁泵，其特徵在於， 所述導電導熱體為銅鑄件。
8.如權利要求7所述的液態金屬電磁泵，其特徵在於， 還包括導電保護層； 所述導電保護層設置在所述半導體溫差發電組件朝向所述液態金屬管道中心的外表面上。
9.如權利要求8所述的液態金屬電磁泵，其特徵在於， 所述導電保護層為鍍銅或鍍銀層。
10.如權利要求8所述的液態金屬電磁泵，其特徵在於， 所述半導體溫差發電組件厚度為5-50 μ m。
全文摘要
本發明公開了一種液態金屬電磁泵，包括殼體和設置在殼體內部的截面為矩形的液態金屬管道、導電導熱體、至少一個半導體溫差發電組件、磁體組件和一對絕緣絕熱層；絕緣絕熱層分別設於液態金屬管道的相對的外側壁上；半導體溫差發電組件設於液態金屬管道的上內側壁和/或下內側壁上，且歐姆接觸；導電導熱體套於液態金屬管道外，與液態金屬管道的上外側壁貼合；磁體組件產生使液態金屬管道內的液態金屬沿液態金屬管道的延伸方向流動的磁場。本發明提供的液態金屬電磁泵應用於液態金屬傳熱領域，利用泵體內部溫差發電組件產生的低電壓、大電流電源作為動力，提高了電磁泵的推進效率，加快了液態金屬流動速率，從而增強了液態金屬傳熱系統的傳熱效率。
文檔編號H02K44/02GK103208904SQ201310153919
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月27日 優先權日2013年4月27日
發明者頡未鳳, 劉文斌 申請人:頡未鳳