CN115842460A - 一种电磁动力驱动装置及应用该装置的脉动热管传热系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电磁动力驱动装置及应用该装置的脉动热管传热系统。该装置包括：电磁加速装置、磁场发生装置、两根通电导线和直流电源。电磁加速装置包括主体结构、石墨电极、内外部导电通道连接构件和密封材料。电磁加速装置上盖为可拆卸结构，上盖通过密封材料与圆柱形空腔连接，下盖为不可拆卸结构，两个石墨电极紧贴壁面放在圆柱形空腔内，两个电极中间的缝隙为流道，上盖孔洞放置的内外部导电通道连接构件与主体空腔内石墨电极连接。该系统包括：脉动热管、电磁动力驱动装置、盐溶液，脉动热管通过转换阀与电磁加速装置连接，电磁动力驱动装置通过磁场对脉动热管内的盐溶液进行加速。本发明能控制盐溶液所受驱动力的大小、方向，强化传热。

Description

一种电磁动力驱动装置及应用该装置的脉动热管传热系统

技术领域

本发明涉及强化传热技术领域，尤其涉及一种电磁动力驱动装置及应用该装置的脉动热管传热系统。

背景技术

近年来现代科技发展突飞猛进，电子元件趋于小型化、集成化，这导致热流密度急剧增长，有效可靠的热管理成为推动社会进一步发展的重要因素。

脉动热管是由毛细管弯曲成蛇状结构的传热装置，具有传热效率高、结构简单、无需外动力和价格低廉等优点，在强化传热领域极具应用潜力。脉动热管从结构上可以划分为三个部分：蒸发端、绝热端和冷凝端。脉动热管的运行过程为：在脉动热管内部环境为真空时，注入工质，由于表面张力及重力的作用，工质在管道内以气塞与液塞的形式随机分布。在脉动热管的蒸发端，液态工质吸热蒸发，压力增大，在脉动热管的冷凝端，气态工质放热冷凝，压力减小。这时蒸发端和冷凝端存在饱和蒸气压差，相当于给脉动热管内的工质一个推动力，工质在管内受到的流动阻力大于推动力时，脉动热管不能启动，工质在管内受到的流动阻力小于推动力时，工质在热管内循环往复的运动，实现冷热端热量交换。脉动热管在运行过程中涉及到多物理学科的相互耦合，如管内工质的流动过程、传热过程、气液相互转化过程等，这导致了工质运行过程的不确定性与复杂性。

脉动热管的运行过程主要包括两个阶段：启动运行阶段与稳定运行阶段。对于启动运行阶段，当加热功率较高时，热量产生的驱动力大于流动阻力，工质开始运动，当加热功率较低时，热量产生的驱动力小于流动阻力，脉动热管不能启动，外加动力可有效弥补热量产生驱动力不足的问题，降低脉动热管的启动温度；对于稳定运行阶段，快速稳定的单向流动有利于传热过程的高效进行，但是由于脉动热管内部的流体有一定的不可控性，在运行过程中往往伴随着流体的短暂停滞及反向流动，这不利于脉动热管的高效传热，外加动力对脉动热管的快速运行起积极作用并且更易于控制工质的流动。

在现有技术中的一种外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统中，传热系统的脉动热管置于磁场中，以液态金属为辅助工质，以局部管道内的通电电极对液态金属施加电流，通过控制液态金属所受到的洛伦兹力，来控制管道内部运行工质的脉动频率与振幅。

上述现有技术中的一种外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统的缺点包括：第一，由于液态金属于辅助工质，含量较少，需要液态金属在管内运行一周才能到达通电电极实现加速，这导致加速间隔周期较长；第二，由于在脉动热管运行过程中，液态金属存在缓慢分散到运行工质中的可能，液态金属以微小颗粒的形态均匀弥散在运行工质中，从而导致液态金属失去构成导电回路的功能，进而失去效果；第三，液态金属以外的运行工质与电极、导线、电源构成回路，运行工质有被电解的风险。

发明内容

本发明的实施例提供了一种电磁动力驱动装置及应用该装置的脉动热管传热系统，以实现有效地提高脉动热管的启动及运行性能，使脉动热管的传热性能得到增强。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种电磁动力驱动装置，包括：电磁加速装置、磁场发生装置、两根通电导线和直流电源；

所述电磁加速装置包括主体结构、石墨电极、内外部导电通道连接构件和密封材料，内外部导电通道连接构件采用金属连接方式或者金属与石墨相结合连接方式或者石墨连接方式，电磁加速装置上盖为可拆卸结构，上盖通过密封材料与圆柱形空腔连接，圆柱形空腔侧壁面上焊接两根管道，下盖为不可拆卸结构，两个石墨电极紧贴壁面放在圆柱形空腔内，两个电极中间的缝隙为流道，上盖孔洞放置的内外部导电通道连接构件与主体空腔内石墨电极连接；

所述磁场发生装置产生能够调节大小及方向的匀强磁场，电磁加速装置放置于磁场发生装置产生的磁场环境中，两根通电导线中的一根通电导线连接直流电源正极，另外一根通电导线连接直流电源负极，两根通电导线的另一端分别连接到电磁加速装置上的内外部导电通道连接构件的端头，两个内外部导电通道连接构件的另外一端分别与电磁加速装置内置石墨电极相接触，脉动热管中的运行工质选用导电的盐溶液，电磁加速装置通过磁场对脉动热管内的盐溶液进行加速。

优选地，所述电磁加速装置与所述磁场发生装置之间的角度呈不平行状态，角度呈90°最佳。

优选地，所述电磁加速装置的主体结构包括圆柱形空腔、上盖、下盖和焊接在圆柱形空腔侧壁面的两根管道，上盖为可拆卸结构，盖子上预留小孔，小孔类型包括两类：一类为贯通上盖的孔洞，另一类为不贯通上盖的凹槽，贯通上盖的孔洞作为内外部导电通道，不贯通上盖的凹槽用于固定内置石墨电极，上盖通过密封材料与圆柱形空腔连接在一起，下盖为不可拆卸结构，与主体结构焊接成一体，在主体圆柱形空腔侧壁面上，焊接两根管道，两个耐高温高纯石墨电极紧贴壁面放置在圆柱形空腔内，作为电磁加速装置内部的导电电极，两个导电电极中间的缝隙为运行工质的流道，上盖孔洞放置的内外部导电通道连接构件与主体空腔内的石墨电极连接在一起。

优选地，所述电磁加速装置的主体结构包括圆柱形空腔、上盖、下盖和焊接在圆柱形空腔侧壁面的两根管道，上盖为可拆卸结构，盖子上预留小孔，小孔类型包括两类：一类为贯通上盖的孔洞，另一类为不贯通上盖的凹槽，贯通上盖的孔洞分两类：一类作为内外部导电通道，另一类用于密封电磁加速装置，不贯通上盖的凹槽分两类：一类用于固定内置石墨电极，另一类用于固定密封材料，圆柱形空腔壁面上预留与上盖数量一样、位置一致的贯穿孔洞，上盖凹槽放置密封材料，通过孔洞中连接构件的挤压作用使主体空腔与上盖紧密连接在一起，下盖为不可拆卸结构，与主体焊接成一体，在主体圆柱形空腔壁面上，焊接着两根管道，两个耐高温高纯石墨电极紧贴主体的壁面放置在圆柱形空腔内，作为电磁加速装置内部的导电电极，两个电极中间的缝隙为运行工质的流道，上盖的孔洞放置内外部导电通道连接构件与主体空腔内的石墨电极连接在一起。

根据本发明的另一个方面，提供了一种应用所述电磁动力驱动装置的脉动热管传热系统，包括：脉动热管和电磁动力驱动装置，所述脉动热管中的运行工质为盐溶液，所述脉动热管通过转换阀与电磁加速装置连接，所述脉动热管的上端为冷凝区，中端为绝热区，下端为蒸发区，所述脉动热管由毛细管弯曲而成，构成回路结构，所述盐溶液具有导电性能，并且盐溶液在导电状态下整体上不发生电化学变化；电磁加速装置通过磁场对脉动热管内的盐溶液进行加速；

所述电磁动力驱动装置选用在通电过程中不与运行工质发生电化学反应的内置石墨电极，所述脉动热管中的运行工质选用导电的盐溶液，在磁场作用下所述石墨电极对所述盐溶液施加电流，所述盐溶液中定向运动的电荷被施加一个可控的、持续的外部驱动力，通过改变磁场强度及方向或者输入电流大小及方向来实现对外部驱动力大小及方向的控制，进而强化脉动热管的启动性能及传热性能。

优选地，所述脉动热管的管壁材质为不与盐溶液发生反应的任意材料。

优选地，所述运行工质为以硫酸铁与硫酸亚铁为溶质，以蒸馏水或者超纯水为溶剂，所述溶质与所述溶剂组成的盐溶液。

在脉动热管的运行期间，通过改变磁场强度、电流大小、盐溶液浓度和/或者结构形式实现对盐溶液所受的外部驱动力的大小及方向的控制，进而降低脉动热管的启动加热功率，强化流动传热。8、根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述脉动热管为单回路型或多弯回路型，所述电磁加速装置的数量为一个或多个。

优选地，当所述电磁加速装置的数量为一个，并且位于脉动热管的绝热端时，在脉动热管内部为真空的情况下，充入盐溶液工质，盐溶液工质以气塞和液塞的形式随意分布在管内，电磁加速装置内部放置一对石墨电极，作为电磁加速装置内部的导电电极，两个导电电极中间的缝隙为盐溶液工质的运行流道，石墨电极的电力输入由外部直流电源提供，在脉动热管的运行过程中，外部电源的连接通道一直处于开启状态，当盐溶液工质运动到两个石墨电极中间的缝隙时，盐溶液成为导体，在电场力的作用下，盐溶液中的负电荷向正极移动，正电荷向负极移动，电荷的定向移动形成电流，整个电路由断路变为通路状态，盐溶液工质、内置石墨电极、外部电路形成一个闭合回路，在磁场作用下，通电运行工质盐溶液受外部驱动力的作用被加速弹出。

优选地，当所述电磁加速装置的数量为两个，并且位于脉动热管的绝热端时，两组电磁加速装置的极性相同，在热管内产生的驱动力均与盐溶液工质的流动方向一致，盐溶液工质通过第一个电磁加速装置时被加速弹出，被加速弹出的盐溶液工质又被第二个电磁加速装置进行加速后弹出。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例的装置和系统可以解决脉动热管启动过程中加热功率较高、运行过程中传热性能较低及干烧问题，可以降低启动加热功率、强化流动传热及防止干烧。从而提高脉动热管的启动及运行性能，使脉动热管的传热性能得到增强。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的第一种电磁加速装置的平面示意图；

图2为本发明实施例提供的第二种电磁加速装置平面示意图；

图3为本发明实施例提供的第二种电磁加速装置剖面示意图；

图4为本发明实施例提供的一种采用金属连接方式的内外部导电通道连接构件的剖面示意图；

图5为本发明实施例提供的一种采用金属与石墨相结合连接方式的内外部导电通道连接构件的剖面示意图；

图6为本发明实施例提供的一种采用石墨连接方式的内外部导电通道连接构件的剖面示意图。

图7为本发明实施例提供的一种单个电磁加速装置的脉动热管传热系统原理示意图；

图8为本发明实施例提供的一种两个电磁加速装置的脉动热管传热系统原理示意图；

附图说明：1为磁场，2为电磁加速装置，3为脉动热管主体管道，4为工质，5直流电源，6为导线，7为蒸发端，8为绝热端，9为冷凝端，10为石墨电极，11为内外部导电通道，12为凹槽，13为孔洞，14为管道，15为金属棒，16为密封材料1，17为金属壳，18为密封材料2，19为导线通道，20为密封材料。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明实施例通过增加外部动力来增强脉动热管的工质可控性，从而降低启动加热功率、强化流动传热的解决思路，综合考虑了脉动热管的运行过程中工质的流动特点，公开了一种电磁动力驱动装置及应用该装置的脉动热管传热系统，选择导电性能良好且在导电过程中本身不发生电化学变化的盐溶液作为运行工质，在磁场作用下，通过内置石墨电极对流经电磁动力驱动装置的盐溶液施加电流，由于盐溶液受洛伦兹力的作用，给充入脉动热管内的全部运行工质盐溶液增加一个可控的、持续的外部驱动力，从而达到提高启动性能、增强传热及防止干烧的目的。

本发明实施例提供的一种电磁动力驱动装置包括电磁加速装置、磁场发生装置、通电导线和直流电源等。磁场发生装置产生可调节大小及方向的匀强磁场，电磁加速装置放置于磁场发生装置产生的磁场环境中，电磁加速装置通过磁场对脉动热管内的盐溶液进行加速。两根通电导线中的一根通电导线连接直流电源正极，另外一根通电导线连接直流电源负极，两根通电导线的另一端，分别连接到电磁加速装置上的内外部导电通道连接构件的端头，两个内外部导电通道连接构件的另外一端分别与电磁加速装置内置石墨电极相接触。电磁加速装置放置于可调节大小及方向的匀强磁场环境下，电磁加速装置与磁场发生装置之间的角度呈不平行状态，角度呈90°最佳。

(1)电磁加速装置结构设计

1)第一种电磁加速装置

本发明实施例提供的第一种电磁加速装置的平面示意图如图1所示，电磁加速装置由主体结构、石墨电极、内外部导电通道连接构件、密封材料等构成。电磁加速装置的结构形态可为圆形、三角形、方形等任意形状，材质可为石英玻璃、陶瓷、塑料等不与运行工质盐溶液发生反应且磁场可以穿透的任意物质。

在本实施例中，电磁加速装置的主体结构是由圆柱形空腔与上、下盖子与焊接在圆柱形空腔侧壁面的两根管道构成。上盖为可拆卸结构，盖子上预留小孔，小孔类型包括两类：一类为贯通上盖的孔洞，另一类为不贯通上盖的凹槽，贯通上盖的孔洞作为内外部导电通道，不贯通上盖的凹槽用于固定内置石墨电极。上盖通过密封材料与圆柱形空腔连接在一起。下盖为不可拆卸结构，与主体焊接成一体。在主体圆柱形空腔侧壁面上，焊接两根管道。两个耐高温高纯石墨电极紧贴壁面放置在圆柱形空腔内，作为电磁加速装置内部的导电电极，两个电极中间的缝隙为运行工质的流道。上盖孔洞放置的内外部导电通道连接构件与主体空腔内的石墨电极连接在一起。

2)第二种电磁加速装置

图2是本发明实施例提供的第二种电磁加速装置平面示意图。图3是第二种电磁加速装置剖面示意图；在本实施例中，电磁加速装置主体结构是由圆柱形空腔与上、下盖子与焊接在圆柱形空腔侧壁面的两根管道构成。上盖为可拆卸结构，盖子上预留小孔，小孔类型包括两类：一类为贯通上盖的孔洞，另一类为不贯通上盖的凹槽。贯通上盖的孔洞分两类：一类作为内外部导电通道，另一类用于密封电磁加速装置。不贯通上盖的凹槽分两类：一类是用于固定内置石墨电极，另一类是用于固定密封材料。圆柱形空腔壁面上预留与上盖数量一样、位置一致的贯穿孔洞，上盖凹槽放置密封材料，通过孔洞中连接构件的挤压作用使主体空腔与上盖紧密连接在一起，此时上盖凹槽中的密封材料挤压变形，填充满整个缝隙，以此来达到密封电磁加速装置的目的。下盖为不可拆卸结构，与主体焊接成一体。在主体圆柱形空腔壁面上，焊接着两根管道。两个耐高温高纯石墨电极紧贴主体的壁面放置在圆柱形空腔内，作为电磁加速装置内部的导电电极，两个电极中间的缝隙为运行工质的流道。上盖的孔洞放置内外部导电通道连接构件与主体空腔内的石墨电极连接在一起。

3)内外部导电通道连接构件

1)采用金属连接的方式

图4为本发明实施例提供的一种采用金属连接方式的内外部导电通道连接构件的剖面示意图。仅以第一种电磁加速装置的实施例剖面分析。在电磁加速装置的内外部导电通道中，两个无导磁性能的不锈钢棒或者铜棒，穿过上盖的孔洞中，孔洞与金属棒之间的缝隙采用密封材料填充。金属棒一端和耐高温高纯石墨电极连接在一起，使用密封材料对其密封，避免金属棒与运行工质直接接触而产生电化学反应。另一端连接材质为无导磁性能的导电金属，如：不锈钢或者纯铜的夹子等，在夹子的另一端连接导线，导线的另一端连接到直流电源上，这作为主体空腔内部石墨电极与外界的电源连接的通路。

2)采用金属与石墨相结合连接的方式

图5为本发明实施例提供的一种采用金属与石墨相结合连接方式的内外部导电通道连接构件的剖面示意图。仅以第一种电磁加速装置实施例剖面分析。内置石墨电极上凸出石墨棒，高度大于上盖的厚度，穿过上盖的孔洞。材质为无导磁性能的金属空腔，例如不锈钢或铜等，空腔一端封闭，一端开放，紧紧嵌套在石墨棒的上端，孔洞与石墨棒和金属壳子之间的空隙用密封材料填充，以保证导电通路内外部连接的密闭性。材质为无导磁性能的金属夹子，例如不锈钢或者纯铜，一端固定在外部的金属壳上，另一端连接上导线，导线的另一端连接到直流电源上，这作为主体空腔内部石墨电极与外界的电源连接的通路。

3)采用石墨连接的方式

图6为本发明实施例提供的一种采用石墨连接方式的内外部导电通道连接构件的剖面示意图。仅以第一种电磁加速装置实施例剖面分析。石墨电极凸出的石墨棒，与上盖高度一致，穿过上盖的孔洞。在密封材料16的下端，内部制作一个空腔作为石墨棒嵌套位置，外壁为光滑曲面，在密封材料16的上端，内部制作一个空腔作为外部导线导电通道19，外壁为外螺纹结构。密封材料18为盖子帽形式的构件，在盖子帽中心位置制作一个孔洞作为外部导线导电通道19。密封材料20为质地偏软的密封材料。在密封过程中，密封材料16下端的孔洞，嵌入石墨电极凸出的石墨棒，外部导线首先贯穿密封材料18，再贯穿密封材料20，最后贯穿密封材料16，后与石墨电极接触形成通路。密封材料18，通过螺纹连接的方式，拧到密封材料16外螺纹上，在密封材料16顶端放置密封材料20，通过挤压密封材料20，使其变形以填充满整个缝隙，保证导电通路内外部连接的密闭性。导线的一端通过外部导电通道19与内部石墨电极连接，导线的另外一端连接到直流电源上，这作为主体空腔内部石墨电极与外界的电源连接的通路。

本发明实施例还公开了一种应用上述电磁动力驱动装置的脉动热管传热系统，该系统包括脉动热管主体结构和电磁动力驱动装置，还包括加热端、冷却端和绝热端。脉动热管的主体是由毛细管弯曲而成，通过转换阀与电磁加速装置连接，构成脉动热管传热系统。脉动热管传热系统可分为蒸发区、冷凝区和绝热区，这三个区的位置可按实际需要布置，本发明中仅列举脉动热管的上端为冷凝区，中端为绝热区，下端为蒸发区的单环路回形脉动热管系统。脉动热管结构形态可按需求变换，如多弯头结构、三维结构等；脉动热管管道的截面形状可为圆形、椭圆、三角形等；脉动热管主体管壁材质可为不锈钢或者不与盐溶液发生反应的任意材料。

在磁场作用下，选用在通电过程中不与运行工质发生电化学反应的内置石墨电极，对脉动热管内部导电性能良好且在导电过程中本身不发生电化学变化的运行工质盐溶液施加电流，这时盐溶液中定向运动的电荷受洛伦兹力的作用，相当于被施加一个可控的、持续的外部驱动力，通过改变磁场强度及方向或者输入电流大小及方向来实现对外部驱动力大小及方向的精准控制，从而强化脉动热管的启动性能及传热性能。

电磁动力驱动装置在系统中的布置

1)1个电磁动力驱动装置

电磁加速装置的数量及位置可以按实际需求放置，本发明仅示意电磁加速装置数量为一个及放置位置在绝热端的情况，其余情况没有一一表示。

图7为本发明实施例提供的一种具有单个电磁加速装置的脉动热管传热系统的实现原理示意图。在脉动热管内部为真空的情况下，充入盐溶液工质，这时工质以气塞和液塞的形式随意分布在管内。电磁加速装置内部放置一对石墨电极，作为其内部的导电电极，两个电极中间的缝隙为工质的运行流道。内置石墨电极的电力输入由外部直流电源提供，脉动热管运行过程中，外部电源的连接通道一直处于开启状态。在整个电路中，由于电磁加速装置内部的两个石墨电极之间存在缝隙，导致电路处于断路状态，当盐溶液工质运动到两个石墨电极中间的缝隙时，填补了中间的缝隙，盐溶液成为导体，在整个在电场力的作用下，盐溶液中的负电荷向正极移动，正电荷向负极移动，电荷的定向移动形成电流，整个电路由断路变为通路状态，这时盐溶液工质、内置石墨电极、外部电路形成一个闭合回路，在磁场作用下，通电运行工质盐溶液受洛伦兹力的作用被加速弹出。

2)两个电磁动力驱动装置

图8为本发明实施例提供的一种两个电磁加速装置的脉动热管传热系统的实现原理示意图，电磁加速装置数量及位置可以按实际需求放置，本系统仅示意电磁加速装置数量为两个及放置位置在绝热端的情况，其余情况没有一一表示。与单个电磁加速装置传热系统相比仅为电磁加速装置数量上的差异。

由于两组电磁加速装置的极性相同，在热管内产生的驱动力均与工质流动方向一致，运行工质盐溶液通过第一个电磁加速装置时，被加速弹出，这时被加速弹出的盐溶液又被第二个电磁加速装置弹出，这是二次加速的过程。

在脉动热管运行过程中，运行工质的物性参数，对其运行性能有很大的影响。本发明中对运行工质的选择有两点需求：第一，具有良好的导电性能，第二，运行工质在导电状态下整体上不发生电化学变化，如铁盐和亚铁盐的混合溶液，Fe₂(SO₄)₃与FeSO₄、Fecl₃与Fecl₂等，或铁盐溶液，满足以上两点要求的溶液均可。本实施例仅分析以硫酸铁与硫酸亚铁为溶质，以蒸馏水或者超纯水为溶剂，三者组成的盐溶液。

盐溶液的电离情况分析：

Fe₂(SO₄)₃＝2Fe³⁺+3SO₄ ^2- ①

FeSO₄＝Fe²⁺+SO₄ ^2- ②

H₂O＝H⁺+OH^- ③

当电流较低时，盐溶液的电解情况分析：

阴极：Fe³⁺+e^-＝Fe²⁺ ④

阳极：Fe²⁺-e^-＝Fe³⁺ ⑤

当电流较高时，盐溶液的电解情况分析：

阴极：2H⁺+2e^-＝H₂↑ ⑥

阳极：4OH^--4e^-＝2H₂O+O₂↑⑦

在混合铁盐与亚铁盐溶液中，Fe₂(SO₄)₃电离出Fe³⁺与SO₄ ^2-两种离子，FeSO₄电离出Fe²⁺与SO₄ ^2-两种离子，H₂O电离出H⁺与OH^-两种离子，此时混合盐溶液中有Fe³⁺、Fe²⁺、SO₄ ^2-、H⁺、OH^-五种离子，五种离子均匀的分布在脉动热管中。由于氧化性Fe³⁺>H⁺>Fe²⁺，还原性Fe²⁺>OH^->Fe³⁺，在盐溶液刚开始电解阶段，阴极Fe³⁺得电子变为Fe²⁺，阳极Fe²⁺失电子变为Fe³⁺，在低电流下，电解反应较缓慢，由于脉动热管内工质的振荡作用，使Fe²⁺与Fe³⁺离子在阴极、阳极快速交换，离子的交换速度大于电解速度，这时溶液中Fe²⁺与Fe³⁺离子一直处于均匀分布状态，铁离子的转换可维持一个平衡状态，但在高电流下，反应剧烈，脉动热管内工质的振荡作用不能及时的使溶液中的Fe²⁺与Fe³⁺离子保持均匀分布状态，离子的交换速度小于电解速度，这时候铁离子不能及时相互交换，阴极仅为Fe²⁺、H⁺、OH^-，阳极仅为Fe³⁺、H⁺、OH^-，导致H⁺、OH^-开始参与电化学反应，产生氧气与氢气。使用此混合盐溶液过程中，需严格控制电流的大小在临界电流之下，避免电流过大导致H⁺、OH^-参与电化学反应。

运行工质盐溶液所受的洛伦兹力的大小，即外部驱动力的大小，与通电电流大小、磁场强度、面积、盐溶液浓度等有很大的关系。在脉动热管运行期间，控制电流处于合理范围之内，通过改变磁场强度、盐溶液浓度、结构形式等来实现对外部驱动力的掌控，以达到所需外部驱动力的大小及方向的要求，从而达到降低脉动热管启动加热功率、强化流动传热的目的。

综上所述，本发明实施例提供了一种辅助电磁动力的脉动热管传热系统，通过控制输入电磁加速装置内置石墨电极对的电流的大小、方向以及外部磁场的大小、方向，进而控制脉动热管内部运行工质所受的洛伦兹力即驱动力的大小、方向，从而提高脉动热管的启动及运行性能，使脉动热管的传热性能得到增强。本发明具有结构设计较简洁、使用的材料普遍且价格低廉、制作工艺简单、易于运营维护的优点，有利于降低传热系统的成本。

本发明的电磁动力驱动装置适用于高热流密度、空间紧凑、高运行稳定性、能源消耗少等需求的强化传热领域，如大规模集成电路、微电子芯片、航天飞行器、余热回收、太阳能系统等。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电磁动力驱动装置，其特征在于，包括：电磁加速装置、磁场发生装置、两根通电导线和直流电源；

所述电磁加速装置包括主体结构、石墨电极、内外部导电通道连接构件和密封材料，内外部导电通道连接构件采用金属连接方式或者金属与石墨相结合连接方式或者石墨连接方式，电磁加速装置上盖为可拆卸结构，上盖通过密封材料与圆柱形空腔连接，圆柱形空腔侧壁面上焊接两根管道，下盖为不可拆卸结构，两个石墨电极紧贴壁面放在圆柱形空腔内，两个电极中间的缝隙为流道，上盖孔洞放置的内外部导电通道连接构件与主体空腔内石墨电极连接；

所述磁场发生装置产生能够调节大小及方向的匀强磁场，电磁加速装置放置于磁场发生装置产生的磁场环境中，两根通电导线中的一根通电导线连接直流电源正极，另外一根通电导线连接直流电源负极，两根通电导线的另一端分别连接到电磁加速装置上的内外部导电通道连接构件的端头，两个内外部导电通道连接构件的另外一端分别与电磁加速装置内置石墨电极相接触。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电磁加速装置与所述磁场发生装置之间的角度呈不平行状态，角度呈90°最佳。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电磁加速装置的主体结构包括圆柱形空腔、上盖、下盖和焊接在圆柱形空腔侧壁面的两根管道，上盖为可拆卸结构，盖子上预留小孔，小孔类型包括两类：一类为贯通上盖的孔洞，另一类为不贯通上盖的凹槽，贯通上盖的孔洞作为内外部导电通道，不贯通上盖的凹槽用于固定内置石墨电极，上盖通过密封材料与圆柱形空腔连接在一起，下盖为不可拆卸结构，与主体结构焊接成一体，在主体圆柱形空腔侧壁面上，焊接两根管道，两个耐高温高纯石墨电极紧贴壁面放置在圆柱形空腔内，作为电磁加速装置内部的导电电极，两个导电电极中间的缝隙为运行工质的流道，上盖孔洞放置的内外部导电通道连接构件与主体空腔内的石墨电极连接在一起。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电磁加速装置的主体结构包括圆柱形空腔、上盖、下盖和焊接在圆柱形空腔侧壁面的两根管道，上盖为可拆卸结构，盖子上预留小孔，小孔类型包括两类：一类为贯通上盖的孔洞，另一类为不贯通上盖的凹槽，贯通上盖的孔洞分两类：一类作为内外部导电通道，另一类用于密封电磁加速装置，不贯通上盖的凹槽分两类：一类用于固定内置石墨电极，另一类用于固定密封材料，圆柱形空腔壁面上预留与上盖数量一样、位置一致的贯穿孔洞，上盖凹槽放置密封材料，通过孔洞中连接构件的挤压作用使主体空腔与上盖紧密连接在一起，下盖为不可拆卸结构，与主体焊接成一体，在主体圆柱形空腔壁面上，焊接着两根管道，两个耐高温高纯石墨电极紧贴主体的壁面放置在圆柱形空腔内，作为电磁加速装置内部的导电电极，两个电极中间的缝隙为运行工质的流道，上盖的孔洞放置内外部导电通道连接构件与主体空腔内的石墨电极连接在一起。

5.一种应用所述权利要求1至4任一项所述的电磁动力驱动装置的脉动热管传热系统，其特征在于，包括：脉动热管和电磁动力驱动装置，所述脉动热管中的运行工质为盐溶液，所述脉动热管通过转换阀与电磁加速装置连接，所述脉动热管的上端为冷凝区，中端为绝热区，下端为蒸发区，所述脉动热管由毛细管弯曲而成，构成回路结构，所述盐溶液具有导电性能，并且盐溶液在导电状态下整体上不发生电化学变化；电磁加速装置通过磁场对脉动热管内的盐溶液进行加速；

所述电磁动力驱动装置选用在通电过程中不与运行工质发生电化学反应的内置石墨电极，所述脉动热管中的运行工质选用导电的盐溶液，在磁场作用下所述石墨电极对所述盐溶液施加电流，所述盐溶液中定向运动的电荷被施加一个可控的、持续的外部驱动力，通过改变磁场强度及方向或者输入电流大小及方向来实现对外部驱动力大小及方向的控制，进而强化脉动热管的启动性能及传热性能。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述脉动热管的管壁材质为不与盐溶液发生反应的任意材料。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述运行工质为以硫酸铁与硫酸亚铁为溶质，以蒸馏水或者超纯水为溶剂，所述溶质与所述溶剂组成的盐溶液。

在脉动热管的运行期间，通过改变磁场强度、电流大小、盐溶液浓度和/或者结构形式实现对盐溶液所受的外部驱动力的大小及方向的控制，进而降低脉动热管的启动加热功率，强化流动传热。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述脉动热管为单回路型或多弯回路型，所述电磁加速装置的数量为一个或多个。

9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，当所述电磁加速装置的数量为一个，并且位于脉动热管的绝热端时，在脉动热管内部为真空的情况下，充入盐溶液工质，盐溶液工质以气塞和液塞的形式随意分布在管内，电磁加速装置内部放置一对石墨电极，作为电磁加速装置内部的导电电极，两个导电电极中间的缝隙为盐溶液工质的运行流道，石墨电极的电力输入由外部直流电源提供，在脉动热管的运行过程中，外部电源的连接通道一直处于开启状态，当盐溶液工质运动到两个石墨电极中间的缝隙时，盐溶液成为导体，在电场力的作用下，盐溶液中的负电荷向正极移动，正电荷向负极移动，电荷的定向移动形成电流，整个电路由断路变为通路状态，盐溶液工质、内置石墨电极、外部电路形成一个闭合回路，在磁场作用下，通电运行工质盐溶液受外部驱动力的作用被加速弹出。

10.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，当所述电磁加速装置的数量为两个，并且位于脉动热管的绝热端时，两组电磁加速装置的极性相同，在热管内产生的驱动力均与盐溶液工质的流动方向一致，盐溶液工质通过第一个电磁加速装置时被加速弹出，被加速弹出的盐溶液工质又被第二个电磁加速装置进行加速后弹出。

Images