专利名称：一种用于驱动导电流体流动的回旋加速泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流体回旋加速泵，特别涉及一种内部设置有回旋型流道并通过贯穿衬于流道轴向全程壁面的一对电极片以及与之相垂直的磁体对共同作用下，以驱动流道内导电流体加速流动的回旋加速泵。
背景技术：
先进热管理技术在信息、能源、光电产业、空间应用、武器系统及电力电子等行业的方方面面，均发挥着极为重要的支撑作用。早期热管理技术相对简单，近年来，随着科学技术的飞速发展，学术界和工业界在各类先进计算机及光电器件芯片等方面取得一系列重大进展，但在进一步朝高性能、高效率、更低温度水平、微型化乃至提升节能品质的目标推进时却遭遇瓶颈，其中“热障”是最为关键的重大难题之一。因此，围绕先进热管理技术的获取，世界各国展开了一系列艰苦探索，形成了此起彼伏的全力攻关态势。可以说，当前对高性能热管理技术的需求已提到了前所未有的高度。在至今所发展的风冷、水冷及热管三种最主要的散热方式中，风冷逐渐不能满足日益增长的高密度散热需求，水冷及热管散热在一定程度上可以满足更高的散热负荷需求，但水冷的缺点在于水的热导率低、易挥发、沸点低，而热管散热的缺点则在于过大的热负荷会导致其失效。为此，近年来，研究者提出了概念崭新的室温金属流体芯片散热方法 (刘静，周一欣，一种芯片散热用散热装置，中国发明专利授权号02257^1. 0)，第一次将液态金属作为冷却工质引入到计算机热管理领域。由于液体金属具有远高于水、空气及许多非金属介质的热导率，且具有流动性，因而可实现快速高效的热量输运能力。特别是，由于采用了液体金属，散热器易于采用功耗较低的电磁泵驱动，由此可实现整体集成化的系统。无疑，在液体金属散热技术中，流体速度越高，则载送热量的能力越强。在前人所发展的电磁泵中，要提升对金属流体的驱动力，需要尽可能采用更高强度的磁体及电流，但二者的增大均面临较大的技术难度。由于泵体内流道长度较短，直接承受电磁驱动作用的流体量也较少，因而实际对流体施加的总体电磁输出功较低，流体提升速度相对有限。改善此不足的一种基本途径是在流道沿途同时采用多个单独的电磁泵，由此来叠加达到加大流体驱动力从而克服流道内摩擦力等不利因素。但这样一来，整个流道上由于布置多个泵，会显得尺寸及体积较大，系统重量大，同时也增大了造价，使用起来不甚方便。而采用其他原理的泵如机械泵等采用多泵体结构，也面临同样问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于驱动导电流体流动的回旋加速泵，其泵体内部设置有螺旋形回旋流道并通过贯穿衬于流道轴向壁面的一对电极片以及与之相垂直的磁体产生共同作用，以驱动流道内导电流体不断加速流动的回旋加速泵，由此以一种相当紧凑的方式大幅提升传统电磁泵的驱动力。
本发明的技术方案如下本发明提供的用于驱动导电流体流动的回旋加速泵，其包括一内部设有螺旋形回旋流道的泵体；所述螺旋形回旋流道的中心流道口上安装入口管，所述螺旋形回旋流道另一端流道口上安装出口管；所述螺旋形回旋流道内流通有导电流体；将所述泵体夹持于其中的上磁体和下磁体；所述上磁体和下磁体的外围分别套有导磁环；所述入口管穿过并伸出所述上磁体上端中心；所述出口管穿过并伸出所述泵体侧壁；贴覆于所述螺旋形回旋流道轴向全程相对的两垂向壁面上的第一螺旋形电极片和第二螺旋形电极片；所述第一螺旋形电极片和第二螺旋形电极片分别与所述上磁体和下磁体之间的磁极方向垂直；一分别与所述第一螺旋形电极片和所述第二螺旋形电极片电连接的控制电路模块；所述控制电路模块为可控电源芯片，以控制施加在所述第一螺旋形电极片和所述第二螺旋形电极片上的电流以脉冲式驱动或连续式驱动。所述螺旋形回旋流道为围绕中心逐渐展开的形状如呈螺旋型，环数在1-1000之间。所述第一螺旋形电极片和一第二螺旋形电极片的高度为10纳米 10cm，厚度为 10纳米 1cm，长度为Imm 100cm;其材质为铜、不锈钢、石墨、金、钛、镍或银。所述螺旋形回旋流道的横截面为矩形，方形，圆形或椭圆形，其横截面面积为 IOOnm2 10cm2。所述上磁体和下磁体分别为一整体，或分别由1-100个分散磁体组成。所述泵体材质为环氧树脂、塑料、二氧化硅或聚四氟乙烯。所述上磁体和下磁体采用永磁体或电磁铁。所述的导电流体为液体金属、离子液体、铜基纳米颗粒流体、铝基纳米颗粒流体或 NaCl盐溶液。所述的液体金属为低熔点金属或其合金如镓、镓铟合金、镓铟锡合金或钠钾合
^^ ；所述离子液体为含烷基季铵离子、烷基季膦离子、烷基取代的咪唑离子或烷基取代的吡啶离子的阳离子液体；或者所述离子液体为含A1C13的卤化盐或含A1C13溴化盐；或者所述离子液体或者为含BF4-、BF6-、TA_、HB_、TfO-, Tf2N_、NfO-, Beti-, Tf3C_、 SbF6-.AsF6-.N02-的阴离子液体。本发明提供的用于驱动导电流体流动的回旋加速泵的优点如下1、泵体内螺旋形回旋流道4直接承受电磁驱动作用的流体量较大的导电流体；2、导电流体提速显著，泵送力更高；3、体积紧凑，能以传统上单个泵的体积实现相当于数个分离泵所达到的合力。
图1是本发明用于驱动导电流体流动的回旋加速泵三维结构示意图；图2为图1的A-A剖面(纵向横截面)示意图；图3为图1的B-B剖面(横向横截面)示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。图1是本发明的用于驱动导电流体流动的回旋加速泵三维结构示意图(也是一个实施例的结构示意图)；图2为图1的A-A剖面(纵向横截面)示意图；图3为图1的B-B 剖面(横向横截面)示意图。由图可知，本发明的用于驱动导电流体流动的回旋加速泵，其包括一内部设有螺旋形回旋流道4的泵体1 ；位于所述螺旋形回旋流道4的中心流道口上安装入口管2，所述螺旋形回旋流道4另一端流道口上安装出口管3 ；所述螺旋形回旋流道4内流通有导电流体8;将所述泵体1夹持于其中的上磁体61和下磁体62 ；第一永磁体61和第二永磁体 61的外围分别套有导磁环；所述入口管2穿过并伸出所述上磁体61上端中心；所述出口管3穿过并伸出所述泵体1侧壁；贴覆于所述螺旋形回旋流道4轴向全程相对的两垂向壁面上的第一螺旋形电极片51和第二螺旋形电极片52 ；所述第一螺旋形电极片51和第二螺旋形电极片52分别与上磁体61和下磁体62之间的磁极方向垂直；—分别与所述第一螺旋形电极片51和所述第二螺旋形电极片52电连接的控制电路模块7 ；所述控制电路模块7为可控电源芯片，以控制施加在电极片上的电流以脉冲式驱动或连续式驱动。所述螺旋形回旋流道4为围绕中心逐渐展开的形状如呈螺旋型，环数在1-1000之间。所述第一螺旋形电极片51和一第二螺旋形电极片52的高度为10纳米 10cm，厚度为10纳米 1cm，长度为Imm 100cm;其材质为导电材料如铜、不锈钢、石墨、金、钛、镍或银。所述螺旋形回旋流道4的横截面为矩形，方形，圆形或椭圆形，其横截面面积为 IOOnm2 10cm2。所述上磁体61和下磁体62分别为一整体，或分别由1-100个分散磁体组成。所述泵体1材质为环氧树脂、塑料、二氧化硅或聚四氟乙烯。所述上磁体61和下磁体62采用永磁体或电磁铁。所述的导电流体8为液体金属、离子液体、铜基纳米颗粒流体、铝基纳米颗粒流体或NaCl等盐溶液。所述液体金属为低熔点金属或其合金如镓、镓铟合金、镓铟锡合金或钠钾合金等。 所述离子液体也称室温融熔盐，可为含烷基季铵离子[NR4]+、烷基季膦离子[PR4]+、烷基取代的咪唑离子[Rmim]+或烷基取代的吡啶离子[RPy]+的阳离子液体；所述离子液体也可为 Cr、Br\ BF4\ BF6\ Α\ ΗΒ\ Tf0\ Tf2N\ Nf0\ Bet厂、Tf3C\ SbF6\AsF6"或 N02"的阴离子液体。所述所述离子液体还可为所述离子液体为含A1C13的卤化盐或含A1C13溴化盐。泵体1还兼顾着固定磁体的作用。泵体1 一般由非导体材料如塑料、有机玻璃或聚合物等材料做成，其上下表面客分别开有凹槽用于固定上磁体61和下磁体62;入口管2开在泵体中心并垂直于泵体1上表面；出口管3则位于泵体1侧壁，其方向可与泵体1及螺旋形回旋流道4在同一平面；导电流体8由入口管2进入后被上磁体61和下磁体62及第一螺旋形电极片51和第二螺旋形电极片52联合产生的电磁力驱动并加速沿螺旋形回旋流道 4流到外侧，在达到预定速度后由设置于泵体1侧壁的螺旋形回旋流道4末端输出，螺旋形回旋流道4宽度可在Imm到60cm，长度可在Imm到IOOcm ；填充到螺旋形回旋流道4内的流体可为低熔点金属或其合金如镓、镓铟合金、镓铟锡合金、钠钾合金甚至是水银，也可为离子液体、盐溶液或添加有纳米金属颗粒的纳米流体等导电流体。上磁体61和下磁体62分别设置在泵体的上下表面上，上磁体61和下磁体62与导电流体8无直接接触。贴覆于螺旋形回旋流道4轴向全程相对的两垂向壁面上的第一螺旋形电极片51和第二螺旋形电极片52分别与第一磁体61和第二磁体62之间的磁极方向垂直，其高度可为10纳米到IOcm 范围，厚度为10纳米到Icm范围，沿流动方向长度可为Imm到100cm。电极对(第一螺旋形电极片51和第二螺旋形电极片52)通过导线9与外部的控制电路模块7电连接，控制电路模块7由外界电源供电；电极对(第一螺旋形电极片51和第二螺旋形电极片5 相向设置在螺旋形回旋流道4两侧的壁面上，其与由第一磁体61和第二磁体62组成磁体组的磁场方向垂直；控制电路模块7内的驱动程序可控制回旋加速泵的脉冲式驱动或连续式驱动，从而促使导电流体8流动，来达到强化传热的目的。本发明的用于驱动导电流体流动的回旋加速泵的特点在于当接通控制电路模块 7的外接电源时，处于螺旋形回旋流道4内的导电流体8会受到电磁力持续作用，使得导电流体8从入口管2到出口管3的流动逐渐加速，到出口管3时已能达到很高的速度，这种高速的导电流体8可用于冲刷发热表面，可以达到很高的冷却散热能力。控制电路模块7可以控制电流输入正反向、大小及频率，从而控制螺旋形回旋流道4内导电流体8的运动方式。 本发明中螺旋形回旋流道4及电极(第一螺旋形电极片51和第二螺旋形电极片5 的螺旋结构可以多种渐开形式设置。所述电极(第一螺旋形电极片51和第二螺旋形电极片52)由与导电流体8不发生腐蚀作用的材料制成，以确保不会被所输送的导电流体所腐蚀。比如，所述电极(第一螺旋形电极片51和第二螺旋形电极片52)可为导电材料如铜、不锈钢、石墨、金、钛、镍或银等材料。本发明的用于驱动导电流体流动的回旋加速泵的制作如下通过手工或机械加工的方法在泵体1内部加工螺旋形回旋流道4 ；第一螺旋形电极片51和第二螺旋形电极片52分别嵌入螺旋形回旋流道4轴向全程的两侧壁面上，从而也呈螺旋形回旋状；泵体1的上下表面分别设有凹槽，第一永磁体61和第二永磁体61分别放入泵体1上下表面的凹槽中，还可在第一永磁体61和第二永磁体61的外围分别套上导磁环，便完成了回旋加速电磁泵的制作。本实施例的泵体1由环氧树脂或工程塑料等非导体材料制成，泵体1内部设置有回旋型中空流道4，流道截面可呈扁平长方形，以使上下两块磁体(上磁体61和下磁体62) 的磁隙尽量小，场强尽量大；以回旋方式布置成渐开的回旋型中空流道4，过渡弧度光滑以减少阻力损失，从而可实现在泵体1内布置大量流道及填充较多的导电流体8，因而可大大增加本发明泵的出力，获得相当高速的流体。而且，根据需要，回旋型中空流道4的横截面也可为更多不同形状的矩形、方形、圆形、椭圆形等形状。泵体1上下表面各有一个凹槽以放置第一磁体61和第二磁体62，凹槽与回旋型中空流道4之间由泵体材料隔开，使磁体与导电流体8绝缘。两片电极片(第一螺旋形电极片51和所述第二螺旋形电极片5 部分伸入回旋型中空流道4内，部分嵌入泵体1，与其他导电结构完全绝缘。泵体1上设置的磁体对(上磁体61和下磁体6 方向与回旋型中空流道4及电极(第一螺旋形电极片51和所述第二螺旋形电极片52)间电流方向垂直。泵体1上两个磁体(上磁体61和下磁体62) 各自可为整体，也可为1-100对数内的分散磁体。磁体(上磁体61和下磁体6 可采用钕铁硼等材料制成的永磁体或电磁铁等制成，可从市场购买原材料加工或直接订制，工艺相对成熟。导磁环(图上未画出)分别套于所述上磁体61和下磁体62外围以使磁场封闭。 控制电路7预先编制有特定驱动程序及电路，通过特定电输出可控制本发明的流体回旋加速泵以脉冲式驱动或连续式驱动导电流体，从而可根据需要促使导电流体8产生多种复杂的流动，来达到强化传热的目的。这里，流动于回旋型中空流道4内的导电流体8可为低熔点金属或其合金如镓、镓铟合金、镓铟锡合金、钠钾合金甚至是水银，也可为离子液体、盐溶液或添加有纳米金属颗粒的纳米流体等导电流体。泵体1采用非导体材料如环氧树脂、塑料、二氧化硅、聚四氟乙烯等熔点较高的材料制成。泵体1内的导电流体8为呈螺旋展开的1-1000环流道，入口管2在泵体1中心， 出口管3则位于泵体1侧壁，导电流体8由入口管进入后被第一磁体61、第二磁体62、第一螺旋形电极片51和第二螺旋形电极片52联合作用产生的电磁力，以驱动导电流体8逐步加速并在回旋型中空流道4出口端达到预定速度后有出口管3输出。第一螺旋形电极片51和第二螺旋形电极片52高度可为10纳米到IOcm范围，厚度为10纳米到Icm范围，长度可为Imm到100cm。泵体1内的回旋型中空流道4横截面可为矩形，方形，圆形，椭圆形等形状，回旋型中空流道4宽度或高度可在10纳米到IOcm范围， 长度可为Imm到100cm。第一螺旋形电极片51和第二螺旋形电极片52可为铜、不锈钢、石墨、金、钛、镍、银等材料制作。第一螺旋形电极片51和第二螺旋形电极片52分别连接预先编制有特定驱动程序的控制电路7，可控制本发明用于驱动导电流体的流体回旋加速泵的脉冲或连续式驱动，从而促使导电流体8产生多种复杂的流动，来达到强化传热的目的。上磁体61和下磁体62尺寸可根据所需泵的压头大小进行调整，当永磁铁的磁场强度足够大时，可去掉导磁环以使泵体更加小巧。回旋型中空流道4的尺寸和形状均可根据系统阻力大小进行调整，比如通过改变泵体1的尺寸和外形来实现。此外，泵体1外形还可根据美观的需要予以调整。本发明的工作原理为在两磁体的N极和S极的磁隙间为导电流体8的回旋型中空流道4，当向回旋型中空流道4左右两侧的电极对(第一螺旋形电极片51和第二螺旋形电极片52)间通以直流电时，在垂直于磁场方向将产生电流，从而产生能够推动导电流体8 流动的电磁力，电磁力的方向由磁场和电流方向决定，这样，在本发明提供的回旋型流道及电极片、磁体布置方式下，流体所获得的驱动力总是沿着流道渐开的轴向方向。从而，导电流体8自入口管2起，沿着回旋型中空流道4方向在电磁力的持续作用下，导电流体8会被不断加速，在出口管3处得到大大提升，从而产生较高的热量输运能力。使用时，只需将该泵入口管2和出口管3分别连接到待驱动的流体流道上，并在流道全程填充好导电流体，从而一旦接通控制电路7，即可产生驱动力，实现流体加速驱动的目的。以上本发明提供的用于驱动导电流体流动的回旋加速泵，采用电磁驱动导电流体 8，这种回旋型流道结构的用途也可不限于此，还可采用更多其他驱动原理，如电润湿、电渗等；而流体也不限于导电流体，也可为非导电流体。由此可实现不同于上述电磁驱动原理的更多回旋加速泵。以往，用于驱动流体的电磁泵均采用单一直流道，其驱动力有限，而本发明采用螺旋形回旋流道4，可在同样空间下布置大量流道从而可驱动更多流体的回旋流动，至今在国内外文献和专利中未见报道，是一种概念崭新的流体驱动泵。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种用于驱动导电流体流动的回旋加速泵，其包括一内部设有螺旋形回旋流道的泵体；所述螺旋形回旋流道的中心流道口上安装入口管，所述螺旋形回旋流道另一端流道口上安装出口管；所述螺旋形回旋流道内流通有导电流体；将所述泵体夹持于其中的上磁体和下磁体；所述上磁体和下磁体的外围分别套有导磁环；所述入口管穿过并伸出所述上磁体上端中心；所述出口管穿过并伸出所述泵体侧壁；贴覆于所述螺旋形回旋流道轴向全程相对的两垂向壁面上的第一螺旋形电极片和第二螺旋形电极片；所述第一螺旋形电极片和第二螺旋形电极片分别与所述上磁体和下磁体之间的磁极方向垂直；一分别与所述第一螺旋形电极片和所述第二螺旋形电极片电连接的控制电路模块；所述控制电路模块为可控电源芯片，以控制施加在所述第一螺旋形电极片和所述第二螺旋形电极片上的电流以脉冲式驱动或连续式驱动。
2.按权利要求1所述的用于驱动导电流体流动的回旋加速泵，其特征在于，所述螺旋形回旋流道为围绕中心逐渐展开的形状如呈螺旋型，环数在1-1000之间。
3.按权利要求1所述的用于驱动导电流体流动的回旋加速泵，其特征在于，所述第一螺旋形电极片和一第二螺旋形电极片的高度为10纳米 10cm，厚度为10纳米 1cm，长度为Imm IOOcm ；其材质为铜、不锈钢、石墨、金、钛、镍或银。
4.按权利要求1所述的用于驱动导电流体流动的回旋加速泵，其特征在于，所述螺旋形回旋流道的横截面为矩形，方形，圆形或椭圆形，其横截面面积为IOOnm2 10cm2。
5.按权利要求1所述的用于驱动导电流体流动的回旋加速泵，其特征在于，所述上磁体和下磁体分别为一整体，或分别由1-100个分散磁体组成。
6.按权利要求1所述的用于驱动导电流体流动的回旋加速泵，其特征在于，所述泵体材质为环氧树脂、塑料、二氧化硅或聚四氟乙烯。
7.按权利要求1所述的用于驱动导电流体流动的回旋加速泵，其特征在于，所述上磁体和下磁体采用永磁体或电磁铁。
8.按权利要求1所述的用于驱动导电流体流动的回旋加速泵，其特征在于，所述的导电流体为液体金属、离子液体、铜基纳米颗粒流体、铝基纳米颗粒流体或NaCl盐溶液。
9.按权利要求8所述的用于驱动导电流体流动的回旋加速泵，其特征在于，所述的液体金属为低熔点金属或其合金如镓、镓铟合金、镓铟锡合金或钠钾合金；所述离子液体为含烷基季铵离子、烷基季膦离子、烷基取代的咪唑离子或烷基取代的吡啶离子的阳离子液体；或者所述离子液体为含A1C13的卤化盐或含A1C13溴化盐；或者所述离子液体或者为含 BF4-、BF6-、TA-、HB-、TfO-, Tf2N-、NfO-,Beti-, Tf3C-、SbF6_、 AsF6-、N02-的阴离子液体。
全文摘要
一种用于驱动导电流体流动的回旋加速泵，其包括内设螺旋形回旋流道的泵体；回旋流道的两端流道口上分别入口管和出口管；回旋流道内流通有导电流体；将泵体夹持于其中的上磁体和下磁体；两磁体外围分别套有导磁环；入口管穿过并伸出上磁体中心；出口管穿过并伸出泵体侧壁；贴覆于回旋流道轴向全程相对的两垂向壁面上的第一和第二螺旋形电极片；两电极片分别与两磁体间的磁极方向垂直；分别与两电极片电连接的控制电路模块；控制电路模块为可控电源芯片，以控制施加在两电极片上的电流以脉冲式或连续式驱动。其结构紧凑，可实现数倍于同样体积下的传统电磁泵的驱动力，成本低，体积小，效率高，在高热流密度传热等领域具重要应用价值。
文档编号F04B15/00GK102562513SQ20101060882
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者刘静 申请人:中国科学院理化技术研究所