CN203225646U

CN203225646U - 一种液态金属电磁泵

Info

Publication number: CN203225646U
Application number: CN 201320225519
Authority: CN
Inventors: 颉未凤; 刘文斌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-04-27
Filing date: 2013-04-27
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2023-04-27

Abstract

本实用新型公开了一种液态金属电磁泵，包括壳体和设置在壳体内部的截面为矩形的液态金属管道、导电导热体、至少一个半导体温差发电组件、磁体组件和一对绝缘绝热层；绝缘绝热层分别设于液态金属管道的相对的外侧壁上；半导体温差发电组件设于液态金属管道的上内侧壁和/或下内侧壁上，且欧姆接触；导电导热体套于液态金属管道外，与液态金属管道的上外侧壁贴合；磁体组件产生使液态金属管道内的液态金属沿液态金属管道的延伸方向流动的磁场。本实用新型提供的液态金属电磁泵应用于液态金属传热领域，利用温差发电组件产生低电压、大电流电源作为动力，提高了电磁泵的推进效率，加快了液态金属流动速率，从而增强了液态金属传热系统的传热效率。

Description

一种液态金属电磁泵

技术领域

本实用新型涉及散热器领域，尤其涉及一种液态金属电磁泵。

背景技术

在工业生产过程中，液态金属散热技术应用于液态金属传热领域，液态金属散热技术应用时，管道中流动的液态金属，依靠电磁泵的驱动作用，流过发热元件时吸收热量，流经温度较低的散热器时又放出热量，之后再流经发热元件，依次循环，将热量从发热元件带到散热器进行散热的技术。

现有电磁泵产品中，可以使用半导体温差发电模块为电磁泵供电，半导体温差发电模块可以感应温差，同时，利用温差产生电能，半导体温差发电模块（上百对半导体温差发电组件串联在一起）贴合在散热器上，作为电源（电压＞1V，电流＜5A）通过长距离导线连接电路，为电磁泵供电，驱动管道中的液态金属流动。但现由于现有的半导体温差发电模块产生的电流，经过远距离导线传输后，由于导线长距离传输，电能损耗较大，同时导线电阻太大，电流变得很小，所以电磁泵内部液态金属受到的洛伦兹力（即流体的驱动力）有限，液态金属流动速率很低，从而进一步导致液态金属传热效率也会降低，进而影响液态金属电磁泵的使用性能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种液态金属电磁泵，以解决上述问题。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种液态金属电磁泵，包括壳体和设置在壳体内部的截面为矩形的液态金属管道、导电导热体、至少一个半导体温差发电组件、磁体组件和一对绝缘绝热层；

所述绝缘绝热层分别设于所述液态金属管道的相对的外侧壁上；所述半导体温差发电组件设于所述液态金属管道的上内侧壁和/或下内侧壁上，且欧姆接触；所述导电导热体套于所述液态金属管道外，且与所述液态金属管道的上外侧壁贴合；所述磁体组件用于产生使所述液态金属管道内的液态金属沿所述液态金属管道的延伸方向流动的磁场。

与现有技术相比，本实用新型实施例的优点在于：

本实用新型提供的一种液态金属电磁泵，其中，液态金属管道用于盛装液态金属。在使用时导电导热体的底面与发热面贴合，可以将吸收的发热面的热量传递到温差发电组件外表面。半导体温差发电组件（由一整片半导体热电材料或热电材料薄膜制成）可以感应温差，产生感应电动势，形成半导体→液态金属→导电导热体→半导体的电流回路，其中液态金属中的电流是向上或向下的；例如：半导体温差发电组件设置液态金属管道内，且与液态金属管道上内侧壁和/或下内侧壁贴合，与液态金属管道电连接，可以向液态金属管道内的液态金属提供电流；磁体组件对液态金属管道内负载电流的液态金属施加洛伦兹力作用，从而驱动液态金属在液态金属管道内流动。同时在上述结构中，导电导热体包裹在液态金属管道上，还用于形成传输电流的循环通道，构成电源（即液态金属内部的半导体温差发电组件）的外部回路。另外，绝缘绝热层分别设置在壳体内部的液态金属管道的左外侧壁、右外侧壁上，这样避免内部电源和外部回路造成短路现象，同时大大减小了液态金属管道左右两侧的热传递，使半导体发电组件的上下表面温度均匀，保证了通过液态金属的电流是平行向上或向下的。

由于使用导电导热体，直接替代导线使用，导电导热体可以选择例如铜铸件或铝件，与其他元器件一体成型为液态金属电磁泵，导电导热体节省了远距离传输所带来的电能损耗，同时导电导热体（例如铜铸件等）的电阻远远小于导线的电阻，致使电路电流更大，这样进而保障大电流，因为洛伦兹力F=BIL，因此由于电流I的变大，洛伦兹力F也相应变大，进而提升了电磁泵对电能的利用效率及液态金属流动速率，利用液态金属传热的速度也随之提升了。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的液态金属电磁泵的横截面结构示意图；

图2为本实用新型实施例一提供的液态金属电磁泵的部分结构立体示意图；

图3为本实用新型实施例二提供的液态金属电磁泵的横截面结构示意图；

图4为本实用新型实施例二提供的液态金属电磁泵的另一种横截面结构示意图；

图5为本实用新型实施例二提供的液态金属电磁泵的在热循环系统中工作示意图；

图6为本实用新型实施例三提供的液态金属电磁泵的一种横截面结构示意图；

图7为本实用新型实施例三提供的液态金属电磁泵的另一种横截面结构示意图；

图8为本实用新型实施例三提供的液态金属电磁泵的另一种横截面结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

实施例一

参见图1和图2，本实用新型实施例一提供的一种液态金属电磁泵1，设置在发热器2的发热面20上，包括壳体10和设置在壳体内部的截面为矩形的液态金属管道12、导电导热体14、至少一个半导体温差发电组件13、磁体组件11和一对绝缘绝热层16；

绝缘绝热层16分别设于液态金属管道的相对的外侧壁上；

半导体温差发电组件13设于液态金属管道的上内侧壁和/或下内侧壁上，且欧姆接触；其中：半导体温差发电组件13由一整片半导体热电材料或热电材料薄膜制成。

导电导热体14套于液态金属管道外，且与液态金属管道的上外侧壁贴合；

磁体组件11用于产生使液态金属管道内的液态金属沿液态金属管道的延伸方向流动的磁场。

需要说明的是，其中，液态金属管道用于盛装液态金属。导电导热体的底面与发热面贴合，可以将吸收的发热面的热量传递到温差发电组件外表面。半导体温差发电组件可以感应温差，产生感应电动势，并向液态金属管道内的液态金属提供电流；例如：半导体温差发电组件设置液态金属管道内，且与液态金属管道上内侧壁和/或下内侧壁贴合，并与液态金属管道及液态金属电连接，可以向液态金属管道内的液态金属提供电流；磁体组件对液态金属管道内负载电流的液态金属施加洛伦兹力作用，从而驱动液态金属在液态金属管道内流动。同时在上述结构中，导电导热体包裹在液态金属管道上，还用于形成传输电流的循环通道，构成电源（即液态金属内部的半导体温差发电组件）的外部回路。另外，绝缘绝热层分别设置在壳体内部的液态金属管道的左外侧壁、右外侧壁上，这样避免内部电源和外部回路造成短路现象。

在实施例一中，由于使用导电导热体，直接替代导线使用，导电导热体可以选择例如铜铸件或铝件，导电导热体节省了远距离传输所带来的电能损耗，同时铜铸件电阻远远小于导线的电阻，致使电路电流更大，这样进而保障大电流，小电压，进而提升了电磁泵对电能的利用效率及液态金属流动速率，利用液态金属传热的速度也随之提升了。

同时，导电导热体与整个壳体内部的液态金属管道，磁体组件等元器件一体成型，设计结构简单，节省了很多的使用空间。

本领域技术人员应该可以理解，利用半导体温差发电组件产生的电能来直接驱动管道中的液态金属快速流动以进行快速传热的装置。液态金属流动的动力来自电磁泵，由于大电流作用，电磁泵推进效率将会提升。

分析上述结构可知，导电导热体的底面与发热面贴合，用于将吸收的发热面的热量传递到温差发电组件外表面。工作时半导体温差发电组件两面会产生温差，同时，半导体温差发电组件会产生温差电动势，形成液态金属→半导体温差发电组件→液态金属管道的金属外壁→（通过导电导热体形成导电回路）液态金属电流回路，这样避免了使用大量的导线，同时电路的电阻变得更小，电流更大，进而利用热能产生低电压（几个毫伏）、大电流（可达100A）的电源，高效率地驱动电磁泵工作，使液态金属快速流动，可以实现很高的热传导速度。参见图3，半导体温差发电组件产生的电流垂直于半导体温差发电组件铺设平面，（图3中向上或向下的箭头方向）

由于使用导电导热体作为导电回路使用，在导电的过程中，铜的电阻远远小于导线的电阻，致使电路电流更大，这样进而保障大电流，小电压，进而提升了电磁泵对电能的利用效率及液态金属流动速率，利用液态金属传热的速度也随之提升了。

在本实用新型实施例中，把电磁泵与半导体温差发电组件两个独立的器件整合成一个简单紧凑的器件，并通过导电导热体形成电流回路，简化了结构，提高了可靠性，节省了空间。

实施例二

实施例二与实施例一中关于液态金属电磁泵的部分结构相同，但具体结构不同，其他零部件及各装置、零部件之间的连接关系和结构相同之处不再赘述。

本实用新型实施例二提供的一种液态金属电磁泵1，参见图3，设置在发热器2的发热面20上，包括壳体10和设置在壳体内部的截面为矩形的液态金属管道12、导电导热体14、至少一个半导体温差发电组件13、磁体组件11和一对绝缘绝热层16；

绝缘绝热层16分别设置于液态金属管道12的相对的外侧壁上；

半导体温差发电组件13设置于液态金属管道的上内侧壁和/或下内侧壁上；

较佳地，参见图3和图4，磁体组件11包括第一永磁体；

第一永磁体设置在壳体10的顶部；

而且，液态金属管道12设置在第一永磁体的竖直下方。

进一步地，液态金属电磁泵1还包括两个导磁片15；

两个导磁片15分别固定在第一永磁体的两端；

液态金属管道位于导磁片之间。

较佳地，壳体内的液态金属管道为长方体管道。最好选择相对扁平的长方体管道。

较佳地，液态金属管道通过法兰或螺纹与壳体连接。

进一步地，液态金属电磁泵1还包括导磁环；

导磁环包裹壳体的外表面，用于保障磁体组件的磁作用不损失，其中，本实用新型实施例对于导磁环的具体形状不做限定，且导磁环包裹壳体的外表面只是其中一种优选的可实施方案。

较佳地，导电导热体为铜铸件。

较佳地，液态金属电磁泵1还包括导电保护层17；

导电保护层设置在半导体温差发电组件朝向液态金属管道中心的外表面上。（即导电保护层位于液态金属与半导体温差发电组件之间。）

较佳地，所述导电保护层为镀铜或镀银层。

较佳地，半导体温差发电组件厚度为5-50μm。

需要说明的是，壳体（外壳金属）材料可以为铜，也可以为铝或铝合金，或其它导热导电金属。半导体温差发电材料很薄，在10μm左右，半导体与固体金属或液态金属的接触必须为欧姆接触；当不是欧姆接触时，半导体与金属接触表面应做欧姆接触处理。当液态金属可能腐蚀半导体时，半导体材料表面加(镀、溅射、沉积)金属膜保护。

另外，当使用一块温差发电材料时，可以用温差电动势高的合金材料（如康铜）代替半导体材料，工艺简单，泵效率较半导体材料低。

参见图3，在实施例二中，由于使用铜铸件作为导电导热体，致使铜直接作为导电体使用，在导电的过程中，铜的电阻远远小于导线的电阻，致使电路电流更大，这样进而保障大电流，小电压，进而提升了电磁泵对电能的利用效率及液态金属流动速率，利用液态金属传热的速度也随之提升了。

进一步地，永磁体设置在壳体的顶端，并充分地占据了壳体内部的空间，这样可以保障永磁体足够大，同时液态金属管道设置在导磁片之间，保障磁场更加强烈，由于磁场作用更加强烈，促使液态金属的所受洛伦兹力更大，加速液态金属流动性，进一步提高了液态金属电磁泵的性能。

图3是液态金属电磁泵的横截面结构图，该截面垂直于液态金属的流动方向。该液态金属电磁泵由磁体组件、绝缘绝热层、带长方体管道的铜件（或铝件）、液体金属、半导体温差发电组件等组成，半导体温差发电组件是一整片合金或半导体温差发电组件，平行于发热体的散热平面，以半导体温差发电组件为优；液态金属管道是一扁平的长方体管道，处于永磁体之间的平行磁场中，管道扁平的平面平行于半导体温差发电组件平面；液态金属与半导体温差发电组件接触，当半导体温差发电组件两面产生温差电动势时。由于液态金属电磁泵中半导体温差发电组件是很薄的一层（几十微米左右），为防止液体金属流动时对其磨损或腐蚀，可在其与液态金属接触的表面加装导电保护层，比如镀铜、银、铝等。

本实用新型提供的液态金属电磁泵其工作原理是：当电子器件发热面（即发热器2）因工作而发热时，半导体温差发电组件两面会产生温差，同时，半导体温差发电组件会产生温差电动势，形成液态金属→半导体温差发电组件→液态金属管道的金属外壁→液态金属或相反方向的电流回路，从而在长方体管道的液态金属中产生垂直于半导体温差发电组件平面（图3中向上或向下的箭头方向）的电流。半导体温差发电组件间接吸收发热器散发的热量，由于电流是垂直于磁场方向的，垂直于磁场方向的电流会受到洛伦兹力，从而带动长方体管道内的液态金属沿着垂直于纸面方向的管道流动。长方体管道的液态金属再通过外接的密封管道，流经散热器3，在散热器3降温后再流回本系统中发热器进行吸热，如此往复循环，可以将热量不断由发热面传送到散热器3进行散热，从而构成了如图5示意的循环系统。

其中，半导体温差发电组件也可以设置两片，例如参见图4，图4中示意了具有两片半导体温差发电组件的液态金属电磁泵的结构。

实施例三

实施例三与实施例二中关于液态金属电磁泵的部分结构相同，但壳体的具体结构布局和各个器件之间的位置关系不同，其他零部件及各装置、零部件之间的连接关系和结构相同之处不再赘述。

参见图6、图7和图8，，本实用新型实施例三中的液态金属电磁泵1，相同结构不再赘述，不同的结构如下:

磁体组件11包括第二永磁体和第三永磁体；

第二永磁体、第三永磁体设置在壳体10的内部，且第二永磁体和第三永磁体的N极与S极相对设置；

液态金属管道设置在第二永磁体和第三永磁体之间。

其中，与本实用新型实施例二中相同结构不再赘述。

具体地，参见图6、图7和图8，磁体组件均为两个永磁体构成，进而构成液态金属壳体的结构。需要说明的是，永磁体也可以设置在长方体管道里面或在长方体通道外侧；因此，温差驱动的电磁泵结构也就有多种形式，本实用新型对此不做具体限定，但是凡是符合上述液态金属壳体结构，本实用新型均应予以保护。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种液态金属电磁泵，其特征在于，

包括壳体和设置在壳体内部的截面为矩形的液态金属管道、导电导热体、至少一个半导体温差发电组件、磁体组件和一对绝缘绝热层；

所述绝缘绝热层分别设于所述液态金属管道的相对的外侧壁上；

所述半导体温差发电组件设于所述液态金属管道的上内侧壁和/或下内侧壁上，且欧姆接触；

所述导电导热体套于所述液态金属管道外，且与所述液态金属管道的上外侧壁贴合；

所述磁体组件用于产生使所述液态金属管道内的液态金属沿所述液态金属管道的延伸方向流动的磁场。

2.如权利要求1所述的液态金属电磁泵，其特征在于，

所述磁体组件包括第一永磁体；

所述第一永磁体设置在所述壳体的顶部。

3.如权利要求2所述的液态金属电磁泵，其特征在于，

还包括两个导磁片；

两个所述导磁片分别固定在所述第一永磁体的两端；

所述液态金属管道位于导磁片之间。

4.如权利要求1所述的液态金属电磁泵，其特征在于，

所述磁体组件包括第二永磁体和第三永磁体；

所述第二永磁体、所述第三永磁体设置在壳体的内部，且所述第二永磁体和所述第三永磁体的N极与S极相对设置；

所述液态金属管道设置在所述第二永磁体和所述第三永磁体之间。

5.如权利要求3或4所述的液态金属电磁泵，其特征在于，

所述液态金属管道通过法兰或螺纹与所述壳体连接。

6.如权利要求5所述的液态金属电磁泵，其特征在于，

还包括导磁环；

所述导磁环包裹所述壳体的外表面。

7.如权利要求1所述的液态金属电磁泵，其特征在于，

所述导电导热体为铜铸件。

8.如权利要求7所述的液态金属电磁泵，其特征在于，

还包括导电保护层；

所述导电保护层设置在所述半导体温差发电组件朝向所述液态金属管道中心的外表面上。

9.如权利要求8所述的液态金属电磁泵，其特征在于，

所述导电保护层为镀铜或镀银层。

10.如权利要求8所述的液态金属电磁泵，其特征在于，

所述半导体温差发电组件厚度为5-50μm。