液态金属电磁泵的制作方法

  本公开涉及一种液态金属电磁泵，尤其是一种能够减少液态金属流阻的大流量的电导式液态金属电磁泵。

  液态金属电磁泵是用来驱动液态金属的一种特殊泵，液态金属循环在冶金、机械设备散热、电子设备散热中都有应用。液态金属电磁泵的性能决定了液态金属循环系统的规模和性能。液态金属电磁泵分为电导式和电感式，电导式结构相对比较简单、效率高，多为小型产品，提供较小的流量和用于小型电子科技类产品的散热。为了获得均匀的磁场，通常在电磁驱动部分，对泵腔采用扁平化涉及，从而将用磁体布置在扁平泵腔部位为泵腔内的液态金属提供均匀的磁通量。但是这种扁平泵腔通常在流出泵体之后会进行变径处理，以便将泵腔出的扁平截面变成圆柱截面。这种电磁泵的流道通过泵腔后由于需经过两次变径，这增加了液态流体流动阻力，也容易使气体留在泵中无法排除，同时为得到更大的驱动力，要求扁平泵腔的上下两磁铁的间距小，系统结构设计、隔热设计较困难。因此，人们期望提供一种能够降低流体流经泵腔时的流阻，扩大流量的液态金属电磁泵。

  为了解决上述技术问题，本公开提出了一种液态金属电磁泵，包括：电绝缘泵腔，具有圆筒截面或椭圆筒截面的直通泵腔和纵向连接液态金属管道的进出口；沿着与泵腔截面的圆周方向布置的多块瓦片状磁体，所述多块永磁体在所述圆周方向上布置成海尔贝克磁铁阵列，由此在所述海尔贝克磁铁阵列中心的泵腔内形成均匀的平行磁场；在泵腔外表面和每个瓦片状磁铁之间布置有隔热层；以及在与海尔贝克磁铁阵列形成的磁场方向垂直的方向的泵腔的中间相对两侧设置有用于布置电极的通孔，所述电极用于对泵腔内的液态金属通电；其中所述泵腔内表面以及电极通孔内表面涂布有耐热涂层，并且所述通孔和电极之间以及进出口接头处采用高温密封胶密封。

  根据本公开的液态金属电磁泵，其中所述海尔贝克磁铁阵列的磁铁数量至少为8块，其中面向泵腔的截面所述海尔贝克磁铁阵列的一半磁体的充磁方向按顺时针方向旋转，另一半磁体的充磁方向按逆时针方向旋转。

  根据本公开的液态金属电磁泵，其中所述海尔贝克磁铁阵列的磁铁数量为16块。

  根据本公开的液态金属电磁泵，其中所述海尔贝克磁铁阵列的任意相邻两块磁体的充磁方向之间的夹角相同。

  根据本公开的液态金属电磁泵，其中所述泵腔为整体构件或由上下两片通过多个螺栓紧固件紧固构成。

  根据本公开的液态金属电磁泵，其中所述泵腔的进出口有与系统连接的螺纹或法兰，并且所述电极孔的中心连线通过泵腔截面的圆心且与泵腔的轴垂直。

  根据本公开的液态金属电磁泵，其中所述隔热层为空气层、隔热材料件或者真空隔热板。

  根据本公开的液态金属电磁泵，其中所述耐热涂层为耐热温度高于600℃的纳米陶瓷涂料。

  根据本公开的液态金属电磁泵，其中还包括布置在所述海尔贝克磁铁阵列外侧的风扇，用于对海尔贝克磁铁阵列磁铁进行风冷散热。

  根据本公开的液态金属电磁泵，其中所述海尔贝克磁铁阵列外表面或内表面与所述隔热层之间布置有水冷系统的水冷管路用于为磁铁散热。

  根据本公开的液态金属电磁泵的磁铁排列为圆环状，整个泵体的流道无变径，流动阻力小，同时利用特殊的磁铁排列方式，得到圆柱状区域的均匀平行磁场，并且特殊的磁铁排列方式使得工作区域的磁场强度更强。另外，流道与磁铁之间有一定的间隙，间隙中通过填充隔热材料或隔热层保护磁铁，使得电磁泵可以有更高的工作时候的温度，并且也便于更好的设计隔热散热结构。

  此处的附图被并入说明书里面并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

  图3所示的是本公开的液态金属电磁泵的实施例的第二种海尔贝克磁铁阵列的示意图。

  这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不意味着与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

  在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

  应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，例如，第一磁铁也可以被称为第二磁铁，反之亦然，但这一些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”。

  为了使本领域技术人员更好地理解本公开，下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细说明。

  图1所示为使用根据本公开的液态金属电磁泵的实施例的纵向剖视图。如图1所示，电磁泵100包括电绝缘泵腔110，其具有圆管状直通泵腔110和纵向连接液态金属管道的进出口140。磁铁或磁铁阵列130围绕圆管状直通泵腔110的圆周方向布置成海尔贝克磁铁阵列，从而在泵腔110内形成与泵腔的进出口140方向垂直的平行磁场。在圆管状直通泵腔110的布置有海尔贝克磁铁阵列的中间位置，设置有两个用于电极150安装的通孔，所述两个通孔的中心的连线的中心轴线的相交，并且同时与泵腔110的中心轴线内形成的平行磁场的方向垂直。

  图2所示的是本公开的液态金属电磁泵的实施例的海尔贝克磁铁阵列的示意图。如图2所示，海尔贝克磁铁阵列130包括8个排列成环形的磁体130-1、130-2、130-3、130-4、130-5、130-6、130-7以及130-8。该海尔贝克磁铁阵列130中一半磁体的充磁方向按顺时针方向旋转，例如磁体130-1、130-2、130-3、130-4以及130-5，而另一半磁体的充磁方向按逆时针方向旋转130-1、130-8、130-7、130-6以及130-5。通过这一种排列方式，在磁铁阵列中央部位，即圆管状直通泵腔110内部形成均匀的平行磁场，如图中间位置中宽幅所示的平行磁场。如图2所示，任意相邻两块磁体之间的充磁方向的变化角度都相等。当然，根据自身的需求也可以将任意两块磁体之间的充磁方向的变化角度设置为不相等。

  为了增加圆管状直通泵腔110内中间平行磁场的平行层度和均匀层度和磁通密度，也能增加海尔贝克磁铁阵列130中磁体的数量。图3所示的是本公开的液态金属电磁泵的实施例的第二种海尔贝克磁铁阵列的示意图。如图3所示，其中海尔贝克磁铁阵列130包括16个排列成环形的磁体，每一半有8个，这样逐渐增强的中间磁通密度和平行磁场的均匀性。尽管此处列举了8和16个的情形，但是也可设为成由12个磁体构成的海尔贝克磁铁阵列130。

  通过采用上述海尔贝克磁铁阵列，形成的封闭磁场的中心磁场强度比单纯的一对或多对磁铁形成的平行磁场强度提高了45％～60％，尤其是使得边缘磁场强度保持与中心磁场强度基本相同从而形成均匀磁场。由此在泵腔内获得更好的均匀磁场，从而获得稳定和更大扬程的液态金属流速和流量。

  图4所示的是根据本公开的液态金属电磁泵的第二实施例的横剖图。如图4所示，成对电极150穿过泵腔110两侧通孔对泵腔内的液态金属通电。泵腔110和磁体130之间布置有隔热层180。通过隔热层180能够大大减少或消除泵腔110内部液态金属传递给磁体130的热量。隔热层180可以是空气层、隔热材料件或者真空隔热板。磁体的磁性通常会随温度变换有所变化。尤其是在高温下，超过磁体的居里温度(curietemperature)时，磁体还会失去磁性。因此采用隔热层180防止泵腔中液态金属的高温热量对磁体磁性的影响就非常有必要。

  为了逐步降低高温对磁体的磁性的影响，根据本公开的电磁泵100还为磁体设置了风冷风扇(未示出)。通过风冷风扇，能更加进一步保持磁体的温度，从而为保持高温液态金属电磁泵的磁场强度提供了进一步保障。

  为了防止环形磁体阵列收到流经泵腔的液态金属的影响和外部环境的影响，对环形磁体阵列采用绝热壳体(未示出)进行包裹，以便逐步降低泵腔内高温液态金属对磁体的磁性的影响。

  尽管此处仅仅表述了两种海尔贝克磁铁阵列130，但是其构成可以包含别的数量的磁铁，以提高中心磁场强度和边缘磁场的均匀性。

  返回参见图1，所述泵腔110内表面以及通孔内表面涂布有耐热以及隔热涂层，由此进一步隔断了泵腔110内的高温液态金属的热量传导到外部磁体。所述耐热涂层可以是耐热温度高于600℃的纳米陶瓷涂料。必须要格外注意的是，泵腔130的通孔和电极之间以及进出口接头处采用高温密封胶密封，以防止泄漏。此外为了涂布隔热图层方便，可以使得泵腔110由上下两片通过多个螺栓紧固件或其他紧固件紧固构成。这样上下两片的边缘接触部分以及螺栓紧固部位采用高温密封胶密封。

  尽管在图4中显示的电极并没有穿透泵腔110的侧壁，这是为了显示方便，实际上也可以显示为穿透形式。

  根据上述说明可知，本公开的耐高温液态金属电磁泵既能适应高温散热环境也能轻松的获得进行大流量大扬程的磁场。

  上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应明白的是，取决于设计的基本要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围以内。

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