CN119855986A - 液态金属计量阀 - Google Patents

Abstract

在一个实施方式中，公开了一种液态金属泵。所述液态金属泵包括：金属侧台板，所述金属侧台板包括液态金属腔；空气侧台板，所述空气侧台板包括空气腔；隔膜；液态金属入口端口；金属出口端口；多个加热线圈；以及滑块。隔膜设置在金属侧台板与空气侧台板之间、处于金属侧台板与空气侧台板的接合处。隔膜将液态金属腔与空气腔分开。滑块附接到隔膜并被配置为在打开位置与关闭位置之间致动隔膜。

Description

液态金属计量阀

技术领域

本公开内容的实施方式总体涉及液态金属泵。特别地，本公开内容的实施方式涉及用于液态碱金属的计量阀。

背景技术

可再充电电化学存储系统在日常生活的许多领域中越来越重要。大容量能量存储设备用于越来越多应用中，包括便携式电子产品、医疗、交通、并网大型能量存储、可再生能量存储和不间断电源（UPS）。在这些应用中的每一者中，能量存储设备的充电/放电时间和容量是关键参数。另外，此类能量存储设备的大小、重量和/或成本也是关键参数。另外，低内部电阻是高性能所必须的。电阻越低，能量存储设备在递送电能时遇到的限制越小。例如，在电池的情况下，内部电阻通过降低由电池存储的有用能量的总量以及电池递送高电流的能力来影响性能。

碱金属被认为最有可能实现所寻求的容量和循环。然而，仍缺乏通过用于电池的制造机械运输液态碱金属的有效手段。由于依赖于压力差，常规设备无法准确地计量所需的液态碱金属的体积。另外，由于液态碱金属的苛性性质和维持碱金属呈液态的形式所涉及的高温，使用常规密封件使系统易受空气和水的污染。

因此，需要用于泵送并具体地是计量液态碱金属的改进的装置。

发明内容

本公开内容总体涉及用于液态金属泵的装置。特别地，本文所公开的装置涉及用于液态碱金属的计量阀。

在一个实施方式中，公开了一种液态金属泵。所述液态金属泵包括：金属侧台板，所述金属侧台板包括液态金属腔；空气侧台板，所述空气侧台板包括空气腔；隔膜；液态金属入口端口；金属出口端口；多个加热线圈；以及滑块。隔膜设置在金属侧台板与空气侧台板之间、处于金属侧台板与空气侧台板的接合处。隔膜将液态金属腔与空气腔分开。滑块附接到隔膜并被配置为在打开位置与关闭位置之间致动隔膜。

在另一个实施方式中，公开了一种液态金属泵。所述液态金属泵包括：金属侧台板，所述金属侧台板包括第一液态金属腔和第二液态金属腔；第一空气侧台板，所述第一空气侧台板包括第一空气腔；第二空气侧台板，所述第二空气侧台板包括第二空气腔；第一隔膜；第二隔膜；液态金属入口端口；金属出口端口；多个加热线圈；以及滑块。第一隔膜设置在金属侧台板与第一空气侧台板之间、处于金属侧台板与第一空气侧台板的接合处。第一隔膜将第一液态金属腔与第一空气腔分开。第二隔膜设置在金属侧台板与第二空气侧台板之间、处于金属侧台板与第二空气侧台板的接合处。第二隔膜将第二液态金属腔与第二空气腔分开。滑块附接到隔膜并被配置为在打开位置与关闭位置之间致动隔膜。

在又一个实施方式中，公开了一种液态金属泵系统的控制器。所述控制器存储指令，所述指令在由处理器执行时使所述系统将滑块从关闭位置致动到打开位置，使液态金属通过金属入口端口流入第一液态金属腔，将滑块从打开位置致动到关闭位置，并且向第一空气腔供应空气以使液态金属通过金属出口端口从第一液态金属腔流出。第一隔膜设置在第一空气腔与第一金属腔之间、处于金属侧台板与第一空气侧台板的接合处。第一隔膜将第一液态金属腔与第一空气腔分开。

附图说明

为了可详细地理解本公开内容的上文所陈述的特征，可参考实施方式来进行上文所简要地概述的本公开内容的更特别的描述，附图中例示了实施方式中的一些。然而，需注意，附图仅例示本公开内容的示例性实施方式并因此不被认为是范围的限制，因为本公开内容可承认其他同等有效实施方式。

图1是根据现有技术的液态金属泵的示意性横截面图。

图2是根据本公开内容的实施方式的液态金属泵的示意性横截面图。

图3是根据本公开内容的实施方式的液态金属泵的示意性横截面图。

图4是根据本公开内容的实施方式的液态金属泵的示意性横截面图。

图5是根据本公开内容的实施方式的液态金属泵的示意性横截面图。

图6是根据本公开内容的实施方式的用于液态金属泵内的控制示意图。

为了促进理解，已经尽可能使用相同的附图标记来标示各图所共有的相同的要素。设想的是，一个实施方式的要素和特征可有益地结合在其他实施方式中，而无需进一步陈述。

具体实施方式

本公开内容的实施方式总体涉及液态金属泵。特别地，本公开内容的实施方式涉及用于液态碱金属的计量阀。在一个实施方式中，公开了一种液态金属泵。所述液态金属泵包括：金属侧台板，所述金属侧台板包括液态金属腔；第一空气侧台板，所述空气侧台板包括空气腔；隔膜；液态金属入口端口；金属出口端口；多个加热线圈；以及滑块。隔膜设置在金属侧台板与空气侧台板之间、处于金属侧台板与第一空气侧台板的接合处。隔膜将液态金属腔与空气腔分开。滑块附接到隔膜并被配置为在打开位置与关闭位置之间致动隔膜。在另一个实施方式中，本文示出并描述了液体泵。

图1是用于泵送液态金属的现有技术液态金属泵100的示意性横截面图。液态金属泵100包括液态金属容器102、空气入口端口104、金属出口端口106和加热元件108。液态金属容器存放一定体积的液态金属110。在一个实施方式中，液态金属110是液态碱金属。在一个实施方式中，液态碱金属是锂、钠、钾和铯中的一种。液态金属容器102被真空密封以便防止液态金属110暴露于污染物，诸如空气或水。加热元件108围绕液态金属容器102的侧面和底部以便加热液态金属容器102。加热元件108将液态金属容器102加热在约180℃与约200℃之间以便保持液态金属110呈液态的形式，但也设想了将金属维持在液态状态的其他温度。在180℃的温度以下，液态金属110可能凝固，从而阻止液态金属110的流动。

为了从液态金属容器102泵送液态金属110，通过空气入口端口104泵送气体以对液态金属110提供压力112。这在液态金属容器102内形成高压力系统，从而将液态金属110向下推动到金属出口端口106中。在一个实施方式中，泵送到系统中的气体是非反应性气体。在一个实施方式中，非反应性气体是氩、氦和氮中的一种。气体的高压力使液态金属容器102与液态金属泵100在金属出口端口106下游的部件之间产生压力差。

然而，现有技术的液态金属泵100不能有效地计量通过液态金属泵100的液态金属110的体积流量。由于液态金属泵100取决于压力差的使用，因此压力的快速变化可能导致液态金属110的泵送过度或泵送不足。这引起流过液态金属泵100的液态金属110的体积变化。因此，需要用于泵送并具体地是计量液态碱金属的改进的装置。

图2是液态金属泵200的示意性横截面图。液态金属泵200包括金属侧台板202和空气侧台板204。液态金属泵200还包括隔膜206，所述隔膜设置在金属侧台板202与空气侧台板204之间、处于金属侧台板202与空气侧台板204的接合处。金属侧台板202进一步包括入口阀210、出口阀212、液态金属腔214和第一密封腔216，所述第一密封腔用于在第一密封腔中容纳第一密封件217（例如，o形环或其他垫片）。在一个实施方式中，入口阀210和出口阀212是止回阀，每个止回阀包括球体218。入口阀210和出口阀212延伸穿过金属侧台板202并彼此间隔开。在一个示例中，入口阀210和出口阀212被取向为平行于彼此和/或正交于隔膜206的平面。球体218取决于止回阀的配置而防止液体流过止回阀。入口阀210的止回阀允许液体流入液态金属腔214并防止液体流出液态金属腔214。出口阀212的止回阀防止液体流入液态金属腔214但允许液体流出液态金属腔214。入口阀210和出口阀212处于大约相同的压力，即，+/-5托。液态金属通过入口阀210流入液态金属腔214并通过出口阀212流出液态金属腔214。第一密封腔216接收第一密封件217以促进金属侧台板202与空气侧台板204之间的密封。

空气侧台板204进一步包括与隔膜206相邻的空气腔220、滑块222、多个加热线圈224和第二密封腔226，所述第二密封腔用于在第二密封腔中容纳第二密封件227（例如，o形环或其他垫片）。滑块222在滑块腔228内垂直于隔膜206的平面上下致动。加热线圈224加热金属侧台板202和空气侧台板204以便将液态金属维持在约180℃与约200℃之间、呈液态的形式，但也设想了其他温度。加热线圈224布置在与隔膜206的平面平行的平面内以促进均匀加热。设想的是，加热线圈224可以是单个线圈，或者替代地，加热线圈224可用加热通道替代，所述加热通道被配置为在加热通道中容纳加热介质。由加热线圈224产生的温度是使用控制器620来控制的。

隔膜206横跨液态金属腔214和空气腔220两者，从而将液态金属腔214内的液态金属与空气腔220中的空气分开。液态金属腔214和空气腔220是使用第一密封件217和第二密封件227来真空密封的。第一密封件217被接收在第一密封腔216中，并且金属侧台板202被固定在空气侧台板204顶部并与空气侧台板204接触以将隔膜206夹紧在适当位置。在一个实施方式中，第一密封件217使用由软金属制成的垫片以及刀锋（knife-edge）来形成，以形成刀锋式密封。在一个实施方式中，刀锋式密封是通过将刀锋插入软金属垫片中并然后将金属侧台板202固定在空气侧台板204顶部并与空气侧台板204接触来形成的。通过将金属侧台板202固定在空气侧台板204顶部并与空气侧台板204接触而由金属侧台板202施加的压力为液态金属腔214和空气腔220形成密封。在一个实施方式中，刀锋是钢，并且垫片是铜。

第二密封件227被接收在第二密封腔226中以提供二次密封。在将第二密封件227安置在第二密封腔226内之后，金属侧台板202被固定在空气侧台板204下方并与空气侧台板204接触。通过将金属侧台板202固定在空气侧台板204下方并与空气侧台板204接触，第二密封件227在第二密封腔226内被压缩，从而形成二次密封。在一个实施方式中，第二密封件227是由耐热材料制成的o形环，所述耐热材料诸如三元乙丙橡胶（EPDM）、含氟聚合物弹性体（例如，Viton™、Aflas™、Kalrez™）、硅树脂、氟硅树脂、聚丙烯酸酯或以上项的组合中的一种。

滑块222连接到隔膜206。在一个实施方式中，滑块222由不锈钢制成。滑块222使用定位在隔膜206的液态金属腔214侧上的垫圈连接到隔膜206。滑块222和垫圈使用螺钉来连接。这允许滑块222取决于应用而在向上或向下方向上驱动隔膜206。当液态金属通过入口阀210流入液态金属腔214时，隔膜206被迫朝向空气侧台板204的底表面移动，从而在滑块腔228内向上驱动滑块222。当滑块腔228在滑块腔228中被向上驱动时，允许空气腔内的空气逸出。在液态金属流入液态金属腔214时，出口阀212防止液态金属流出液态金属腔214，直到对球体218施加了足够量的压力。

一旦液态金属腔214已经填充液态金属，空气压力就将滑块222在滑块腔228内向下推动。空气压力由空气压力供应源219供应。在一个实施方式中，驱动滑块222的空气被空气加热，诸如在约180℃至200℃的温度下，但也设想了其他温度。使用加热空气促进液态金属泵200的均匀温度控制。滑块222将隔膜206向下推动并允许空气流入空气腔220。在隔膜206上的向下运动对液态金属腔214内的液态金属施与压力，这激活了出口阀212上的球体218，从而允许液态金属流出液态金属腔214。入口阀210的球体218防止液态金属流过入口阀210。每个泵循环泵送预定体积（诸如约0.5ccm）的液态金属，从而允许液态金属的计量流动。设想的是，可取决于工艺考虑和隔膜大小而替代地泵送其他体积。在一些示例中，液态金属腔214内的液态金属的最大压力被限制以避免激活入口阀210和出口阀212中的止回阀。使用如图6所述的控制器620来控制泵送到液态金属腔214中的液态金属的体积（以及因此由液态金属施加到隔膜206上的压力）以及由空气压力供应源219施加在滑块222（以及因此隔膜206）上的压力。在另一个实施方式中，控制器620能够直接控制滑块222的致动。

图3是液态金属泵300的示意性横截面图。液态金属泵300类似于液态金属泵200，但液态金属泵300具有带有空气入口端口366和空气出口端口368的空气侧台板304和带有至少一个滑块的金属侧台板302。液态金属泵300还包括隔膜306，所述隔膜设置在金属侧台板302与空气侧台板304之间、处于金属侧台板302与空气侧台板304的接合处。金属侧台板302进一步包括金属入口端口310、金属出口端口312、液态金属腔314、金属侧顶部滑块350、金属侧底部滑块352、金属侧弹簧354和第一密封腔316，所述第一密封腔用于在第一密封腔中容纳第一密封件317（例如，o形环或其他垫片）。在另一个实施方式中，金属侧顶部滑块350和金属侧底部滑块352用单个金属侧滑块替代。液态金属通过金属入口端口310流入液态金属腔314并通过金属出口端口312流出液态金属腔314。第一密封腔316接收第一密封件317，如本文将进一步详细地描述的。

空气侧台板304进一步包括空气腔320、空气侧顶部滑块360、空气侧底部滑块362、空气侧弹簧364、空气入口端口366、空气出口端口368和第二密封腔326，所述第二密封腔用于在第二密封腔中容纳第二密封件327（例如，o形环或其他垫片）。在另一个实施方式中，空气侧顶部滑块360和空气侧底部滑块362用单个空气侧滑块替代。在另一个实施方式中，空气侧台板包括多个加热线圈。加热线圈加热金属侧台板302和空气侧台板304以便将液态金属维持在约180℃与约200℃之间、呈液态的形式，但也设想了其他温度。加热线圈布置在与隔膜306的平面平行的平面内以促进均匀加热。设想的是，加热线圈可以是单个线圈，或者替代地，加热线圈可用加热通道替代，所述加热通道被配置为在加热通道中容纳加热介质。由加热线圈产生的温度是使用控制器620来控制的。

隔膜306横跨液态金属腔314和空气腔320两者，从而将液态金属腔314内的液态金属与空气腔320中的空气分开。连接器340将金属侧顶部滑块350、金属侧底部滑块352、空气侧顶部滑块360和空气侧底部滑块362连接到隔膜306。连接器340基于金属侧顶部滑块350、金属侧底部滑块352、空气侧顶部滑块360和空气侧底部滑块362的配置来向上或向下移动隔膜。连接器340由图6所述的控制器620致动。

液态金属腔314和空气腔320是使用第一密封件317和第二密封件327来真空密封的。第一密封件317被接收在第一密封腔316中，并且空气侧台板304被固定在金属侧台板302顶部并与金属侧台板302接触以将隔膜夹紧在适当位置。在一个实施方式中，第一密封件317使用由软金属制成的垫片以及刀锋来形成，以形成刀锋式密封。在一个实施方式中，刀锋式密封是通过将刀锋插入软金属垫片中并然后将空气侧台板304固定在金属侧台板302顶部并与金属侧台板302接触来形成的。通过将空气侧台板304固定在金属侧台板302顶部并与金属侧台板302接触而由空气侧台板304施加的压力为液态金属腔314和空气腔320形成真空密封。在一个实施方式中，刀锋是钢，并且垫片是铜。第二密封件327被接收在第二密封腔326中以提供二次密封。在将第二密封件327安置在第二密封腔326内之后，空气侧台板304被固定在金属侧台板302顶部并与金属侧台板302接触。通过将空气侧台板304固定在金属侧台板302顶部并与金属侧台板302接触，第二密封件327在第二密封腔326内被压缩，从而形成二次真空密封。在一个实施方式中，第二密封件327是由耐热材料制成的o形环，所述耐热材料诸如三元乙丙橡胶（EPDM）、含氟聚合物弹性体（例如，Viton™、Aflas™、Kalrez™）、硅树脂、氟硅树脂、聚丙烯酸酯或以上项的组合中的一种。

在一个实施方式中，金属侧顶部滑块350和金属侧底部滑块352被配置为彼此配合。同样地，空气侧顶部滑块360和空气侧底部滑块362被配置为彼此配合。金属侧滑块350、352和空气侧滑块360、362中的每一者可在打开位置与关闭位置之间操作。当金属侧滑块350、352处于打开位置时，空气侧滑块360、362处于关闭位置。当处于打开位置时，金属侧滑块350、352允许液态金属从金属入口端口310流入液态金属腔314并防止液态金属通过金属出口端口312流出液态金属腔314。当空气侧滑块360、362处于打开位置时，空气侧滑块允许空气从空气入口端口366流入空气腔320并防止空气通过空气出口端口368流出空气腔320。当处于关闭位置时，金属侧滑块350、352允许液态金属流出金属出口端口312并防止液态金属从金属入口端口310流入液态金属腔314。当处于关闭位置时，空气侧滑块360、362允许空气通过空气出口端口368流出空气腔320并防止空气从空气入口端口366流入空气腔320。

金属侧弹簧354和空气侧弹簧364在打开位置与关闭位置之间致动金属侧滑块350、352和空气侧滑块360、362。金属侧弹簧354和空气侧弹簧364的致动由控制器620控制。当金属侧滑块350、352处于打开位置时，液态金属通过金属入口端口310流入液态金属腔314。金属出口端口312由金属侧顶部滑块350关闭，从而防止液态金属流过金属出口端口312。当液态金属流入液态金属腔314时，隔膜306朝向空气侧台板304的底表面向上移动。另外，金属侧滑块350、352和空气侧滑块360、362的致动向上驱动连接器340，从而使连接器340向上驱动隔膜306。隔膜306的向上移动将空气通过空气出口端口368推出空气腔320。空气侧滑块360、362防止空气从空气入口端口366流入空气腔320。

一旦液态金属腔314已经填充液态金属，金属侧弹簧354和空气侧弹簧364就将金属侧滑块350、352致动到关闭位置并将空气侧滑块360、362致动到打开位置。金属侧弹簧354和空气侧弹簧364的致动由控制器620控制。空气压力将隔膜306向下朝向金属侧台板302的顶表面推动。空气压力由空气压力供应源319供应。在一个实施方式中，驱动滑块322的空气被空气加热，诸如在约180℃至200℃的温度下，但也设想了其他温度。使用加热空气促进液态金属泵300的均匀温度控制。空气出口端口368由空气侧顶部滑块360关闭。金属侧滑块350、352和空气侧滑块360、362的致动向下驱动连接器340，从而导致连接器340向下驱动隔膜306。连接器340的致动由控制器620控制。隔膜306的向下移动将液态金属通过金属出口端口312推出液态金属腔314。

液态金属泵300允许在金属入口端口310和金属出口端口312处的独立压力，并且可用于将液态金属从高压力部件移动到低压力部件、从低压力部件移动到高压力部件或从相等压力的部件移动。另外，液态金属泵300中的金属侧台板302具有多达约100psi的最大压力。由于液态金属泵300不取决于压力差，因此连接器340的使用允许液态金属泵300有效地计量液态金属的体积。每个泵循环泵送预定体积（诸如约0.5ccm）的液态金属，从而允许液态金属的计量流动。设想的是，可取决于工艺考虑和隔膜大小而替代地泵送其他体积。使用控制器620来控制泵送到液态金属腔中的液态金属的体积（以及因此由液态金属腔中的液态金属施加的压力）以及由空气压力供应源319施加的压力。

图4是液态金属泵400的示意性横截面图。液态金属泵400类似于液态金属泵300，但液态金属泵400具有空气侧弹簧464而非在空气侧台板404上的滑块。液态金属泵400包括金属侧台板402和空气侧台板404。液态金属泵400还包括隔膜406，所述隔膜设置在金属侧台板402与空气侧台板404之间、处于金属侧台板402与空气侧台板404的接合处。金属侧台板402进一步包括金属入口端口410、金属出口端口412、金属侧顶部滑块450和可选的金属侧底部滑块、多个加热线圈424、液态金属腔414和第一密封腔416，所述第一密封腔用于在第一密封腔中容纳第一密封件417（例如，o形环或其他垫片）。在另一个实施方式中，金属侧顶部滑块450和金属侧底部滑块用单个金属侧滑块替代。加热线圈424加热金属侧台板402和空气侧台板404以便将液态金属维持在约180℃与约200℃之间、呈液态的形式，但也设想了其他温度。加热线圈424布置在与隔膜406的平面平行的平面内以促进均匀加热。设想的是，加热线圈424可以是单个线圈，或者替代地，加热线圈424可用加热通道替代，所述加热通道被配置为在加热通道中容纳加热介质。由加热线圈424产生的温度是使用控制器620来控制的。

空气侧台板404包括空气腔420、空气入口端口466、空气出口端口（未示出）、空气侧弹簧464和第二密封腔426，所述第二密封腔用于在第二密封腔中容纳第二密封件327（例如，o形环或其他垫片）。第一密封件417被接收在第一密封腔416和第二密封腔426中以提供密封。在一个实施方式中，第二密封腔426容纳第二密封件。

隔膜406横跨液态金属腔414和空气腔420两者，从而将液态金属腔414内的液态金属与空气腔420中的空气分开。连接器440将金属侧顶部滑块450和空气侧弹簧464连接到隔膜406。连接器440基于金属侧顶部滑块450和空气侧弹簧464的配置来向上或向下移动隔膜406。连接器440和空气侧弹簧464由控制器620致动。

液态金属腔414和空气腔420是使用第一密封件417来真空密封的。在将第一密封件417安置在第一密封腔416和第二密封腔426内之后，金属侧台板402被固定在空气侧台板404顶部并与空气侧台板404接触。通过将金属侧台板402固定在空气侧台板404顶部并与空气侧台板404接触，第一密封件417在第一密封腔416和第二密封腔426内被压缩，从而形成真空密封。在一个实施方式中，第一密封件417是由耐热材料制成的o形环，所述耐热材料诸如三元乙丙橡胶（EPDM）、含氟聚合物弹性体（例如，Viton™、Aflas™、Kalrez™）、硅树脂、氟硅树脂、聚丙烯酸酯或以上项的组合中的一种。在一个实施方式中，第一密封件417使用由软金属制成的垫片以及刀锋来形成，以形成刀锋式密封。在一个实施方式中，刀锋式密封是通过将刀锋插入软金属垫片中并然后将金属侧台板402固定在空气侧台板404顶部并与空气侧台板404接触来形成的。通过将金属侧台板402固定在空气侧台板404顶部并与空气侧台板404接触而由金属侧台板402施加的压力为液态金属腔414和空气腔420形成真空密封。在一个实施方式中，刀锋是钢，并且垫片是铜。

在一个实施方式中，金属侧滑块450和空气侧弹簧464可在打开位置与关闭位置之间操作。当金属侧滑块450处于打开位置时，空气侧弹簧464处于关闭位置。当处于打开位置时，金属侧滑块450允许液态金属从金属入口端口410流入液态金属腔414并防止液态金属通过金属出口端口412流出液态金属腔414。当处于关闭位置时，金属侧滑块450允许液态金属通过金属出口端口412流出液态金属腔414并防止液态金属通过金属入口端口410流入液态金属腔414。

空气侧弹簧464在打开位置与关闭位置之间致动金属侧滑块450。空气侧弹簧的致动由控制器620控制。当金属侧滑块450处于打开位置时，液态金属（未示出）通过金属入口端口410流入液态金属腔414。金属出口端口412由金属侧顶部滑块450关闭。当液态金属流入液态金属腔414时，隔膜406朝向空气侧台板404的顶表面向下移动。另外，空气侧弹簧464的致动向下驱动连接器440，从而使连接器440向下驱动隔膜406。隔膜406的向下移动将空气通过空气出口端口推出空气腔420。

当金属侧滑块450处于关闭位置时，金属入口端口关闭，并且金属出口端口打开。空气流入空气腔420，从而使隔膜406朝向金属侧台板402的底表面向上移动。空气压力由空气压力供应源419供应。在一个实施方式中，驱动滑块422的空气被空气加热，诸如在约180℃至200℃的温度下，但也设想了其他温度。使用加热空气促进液态金属泵400的均匀温度控制。另外，空气侧弹簧464的致动向上驱动连接器440，从而使连接器440向下驱动隔膜406。隔膜406的向上移动将液态金属通过金属出口端口412推出液态金属腔414。

液态金属泵400允许在金属入口端口410和金属出口端口412处的独立压力，并且可用于将液态金属从高压力部件移动到低压力部件、从低压力部件移动到高压力部件或从相等压力的部件移动。另外，液态金属泵400中的金属侧台板402具有多达约100psi的最大压力。由于液态金属泵400不取决于压力差，因此连接器440和空气侧弹簧464的使用允许液态金属泵400有效地计量液态金属的体积。每个泵循环泵送预定体积（诸如约0.5ccm）的液态金属，从而允许液态金属的计量流动。设想的是，可取决于工艺考虑和隔膜大小而替代地泵送其他体积。使用控制器620来控制泵送到液态金属腔中的液态金属的体积（以及因此由液态金属腔中的液态金属施加的压力）以及由空气压力供应源419施加的压力。

图5是液态金属泵500的示意性横截面图。液态金属泵500类似于液态金属泵400，但液态金属泵500具有两个空气侧台板和两个隔膜。液态金属泵500包括金属侧台板502、顶部空气侧台板504A和底部空气侧台板504B。液态金属泵500还包括设置在金属侧台板502与顶部空气侧台板504A之间、处于金属侧台板502与顶部空气侧台板504A的接合处的顶部隔膜506A，以及设置在金属侧台板502与底部空气侧台板504B之间、处于金属侧台板502与底部空气侧台板504B的接合处的底部隔膜506B。金属侧台板502进一步包括金属入口端口510、金属出口端口512、设置在滑块腔528中的滑块522、顶部液态金属腔514A、底部液态金属腔514B和液态金属腔连接器515。液态金属通过金属入口端口510流入顶部液态金属腔514A、液态金属腔连接器515和底部液态金属腔514B，并且通过金属出口端口512流出顶部液态金属腔514A、液态金属腔连接器515和底部液态金属腔514B。液态金属入口端口510和液态金属出口端口512与滑块腔528选择性地流体连通。金属侧台板的顶部金属侧密封腔516A和底部金属侧密封腔516B在顶部金属侧密封腔516A和底部金属侧密封腔516B中容纳第一密封件517（例如，o形环或其他垫片）。

顶部空气侧台板504A进一步包括空气入口端口566、多个顶部加热线圈524A、顶部空气腔520A和顶部空气侧台板密封腔526A。底部空气侧台板504B进一步包括空气出口端口568、多个底部加热线圈524B、底部空气腔520B和底部空气侧台板密封腔526B。空气腔连接器（未示出）允许空气从顶部空气腔520A流到底部空气腔520B。在一个实施方式中，空气入口端口566和空气出口端口568可使用止回阀来在打开位置与关闭位置之间操作。在另一个实施方式中，空气入口端口566和空气出口端口568可使用弹簧阀来在打开位置与关闭位置之间操作。弹簧阀可使用定位螺钉来手动操作，或者可使用控制器620来操作。加热线圈524A、524B加热金属侧台板502、顶部空气侧台板504A和底部空气侧台板504B以便将液态金属维持在约180℃与约200℃之间、呈液态的形式。在180℃的温度以下，液态金属很可能凝固。使用控制器620来控制由加热线圈524A、524B产生的温度。

顶部金属侧密封腔516A接收第一密封件517A，并且顶部空气侧台板密封腔526A接收第一密封件527A。底部金属侧密封腔516B接收第二密封件517B，并且底部空气侧密封腔526B接收第二密封件527B。第一密封件517A、517B和第二密封件527A、527B在腔514A、514B、520A和520B内形成真空密封。在一个实施方式中，第一密封件517A、517B或第二密封件527A、527B使用由软金属制成的垫片以及刀锋来形成，以形成刀锋式密封。在一个实施方式中，刀锋式密封是通过将刀锋插入软金属垫片中并然后将顶部空气侧台板504A固定在金属侧台板502顶部并与金属侧台板502接触并将金属侧台板502固定在底部空气侧台板504B顶部并与底部空气侧台板504B接触来形成的。在一个实施方式中，刀锋是钢，并且垫片是铜。在一个实施方式中，第一密封件517A、517B或第二密封件527A、527B是由耐热材料制成的o形环，所述耐热材料诸如三元乙丙橡胶（EPDM）、含氟聚合物弹性体（例如，Viton™、Aflas™、Kalrez™）、硅树脂、氟硅树脂、聚丙烯酸酯或以上项的组合中的一种。通过将顶部空气侧台板504A固定在金属侧台板502顶部并与金属侧台板502接触并将金属侧台板502固定在底部空气侧台板504B顶部并与底部空气侧台板504B接触而由顶部空气侧台板504A和金属侧台板502施加的压力为顶部液态金属腔514A和底部液态金属腔514B以及顶部空气腔520A和底部空气腔520B形成真空密封。

顶部隔膜506A横跨顶部液态金属腔514A和顶部空气腔520A，从而将顶部液态金属腔514A内的液态金属与顶部空气腔520A中的空气分开。底部隔膜506B横跨底部液态金属腔514B和底部空气腔520B，从而将底部液态金属腔514B内的液态金属与底部空气腔520B中的空气分开。

滑块522在打开位置与关闭位置之间致动。滑块522的致动由控制器620控制。当滑块522处于打开位置时，滑块522允许液体通过金属入口端口510流入顶部液态金属腔514A并允许液体通过金属出口端口510流出底部液态金属腔514B。金属入口端口512由滑块522关闭。当液态金属流入底部液态金属腔514B时，底部隔膜506B朝向底部空气侧台板504B的顶表面向下移动。当液态金属流入顶部液态金属腔514A时，顶部隔膜506A朝向顶部空气侧台板504A的底表面向上移动。顶部隔膜506A和底部隔膜506B的移动推动顶部空气腔520A和底部空气腔520B内的空气通过空气出口端口568逸出。

当滑块522处于关闭位置时，滑块522允许液态金属流出顶部液态金属腔514A、流过液态金属腔连接器515并流入底部液态金属腔514B。空气流入顶部空气腔520A并随后通过空气腔连接器流入底部空气腔520B。空气压力由空气压力供应源519供应。在一个实施方式中，驱动滑块522的空气被空气加热，诸如在约180℃至200℃的温度下，但也设想了其他温度。使用加热空气设施液态金属泵500的均匀温度控制。在空气流入顶部空气腔520A和底部空气腔520B时，空气将顶部隔膜506A朝向顶部液态金属腔514A的顶表面驱动并将底部隔膜506B朝向底部液态金属腔514B的底表面驱动。顶部隔膜506A朝向顶部液态金属腔514A的顶表面的移动和底部隔膜506B朝向底部液态金属腔514B的底表面的移动将液态金属通过金属出口端口512推出顶部液态金属腔514A和底部液态金属腔514B。

液态金属泵500允许在金属入口端口510和金属出口端口512处的独立压力，并且可用于将液态金属从高压力部件移动到低压力部件、从低压力部件移动到高压力部件或从相等压力的部件移动。另外，液态金属泵500中的金属侧台板502具有多达约100psi的最大压力。由于液态金属泵500不取决于压力差，因此连接器540的使用允许液态金属泵500有效地计量液态金属的体积。每个泵循环泵送预定体积（诸如约0.5ccm）的液态金属，从而允许液态金属的计量流动。设想的是，可取决于工艺考虑和隔膜大小而替代地泵送其他体积。使用控制器620来控制泵送到液态金属腔中的液态金属的体积（以及因此由液态金属腔中的液态金属施加的压力）以及由空气压力供应源519施加的压力。

图6例示了根据本公开内容的实施方式的用于图2至图5的液态金属泵200、300、400和500内的控制示意图600。控制器620被配置为从液态金属泵200、300、400和500中的每一者接收数据或输入作为传感器读数602。控制器620配备有液态金属泵200、300、400和500的系统模型606或与液态金属泵200、300、400和500的系统模型606通信。系统模型606包括计量模型。系统模型606是被配置为在整个计量工艺中估计液态金属泵200、300、400和500内的液态金属流和加热的程序。液态金属泵200、300、400和500被进一步配置为存储读数和计算604。

读数和计算604包括先前传感器读数602以及液态金属泵200、300、400和500内的任何其他先前传感器读数。读数和计算604进一步包括在传感器读数602由液态金属泵200、300、400和500测量并运行通过系统模型606之后存储的计算值。因此，控制器620被配置为检索存储的读数和计算604以及保存读数和计算604以供将来使用两者。维持先前读数和计算使控制器620能够随时间推移调整系统模型606以反映液态金属泵200、300、400和500的更准确的版本。

在本文所述的实施方式中，控制器620包括与存储器和大容量存储设备一起操作的可编程中央处理单元（CPU）、输入控制单元和显示单元（未示出）。控制器620监测液态金属流量、空气流、加热和连接器和滑块的致动。支持电路耦接到CPU以用于以常规方式支持处理器。在一些实施方式中，控制器620包括多个控制器620，使得存储的读数和计算604和系统模型606存储在与操作液态金属泵200、300、400和500的控制器620分开的控制器内。在其他实施方式中，所有系统模型606和存储的读数和计算604都保存在控制器620内。

控制器620被配置为通过控制液态金属泵200、300、400和500的各方面来控制加热、液态金属流和通过液态金属泵200、300、400、500的空气流以及连接器和滑块的致动。控制器620被配置为基于传感器读数602、系统模型606和存储的读数和计算604来调整液态金属泵200、300、400和500的各方面。控制器620包括嵌入式软件和补偿算法以用于校准计量和加热。控制器620可包括机器学习算法并可使用回归或聚类技术。所述算法可以是无监督算法或监督算法。

总之，公开了一种液态金属泵。所述液体泵包括：金属侧台板，所述金属侧台板包括液态金属腔；第一空气侧台板，所述空气侧台板包括空气腔；隔膜；液态金属入口端口；金属出口端口；多个加热线圈；以及滑块。隔膜设置在金属侧台板与空气侧台板之间、处于金属侧台板与第一空气侧台板的接合处。隔膜将液态金属腔与空气腔分开。滑块附接到隔膜并被配置为在打开位置与关闭位置之间致动隔膜。

虽然前述内容针对的是本公开内容的实施方式，但在不背离本公开内容的基本范围的情况下可构思本公开内容的其他和进一步实施方式，并且本公开内容的范围由所附权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种液态金属泵，所述液态金属泵包括

金属侧台板，所述金属侧台板包括液态金属腔；

空气侧台板，所述空气侧台板包括空气腔；

隔膜，所述隔膜设置在所述金属侧台板与所述空气侧台板之间、处于所述金属侧台板与所述空气侧台板的接合处，使得所述隔膜将所述液态金属腔与所述空气腔分开；

液态金属入口端口；

金属出口端口；

多个加热线圈；以及

滑块，所述滑块附接到所述隔膜并被配置为在打开位置与关闭位置之间致动所述隔膜。

2.如权利要求1所述的液态金属泵，其中所述滑块包括金属侧滑块和空气侧滑块。

3.如权利要求2所述的液态金属泵，所述液态金属泵进一步包括连接器，所述连接器被配置为将所述金属侧滑块和所述空气侧滑块连接到所述隔膜。

4.如权利要求3所述的液态金属泵，所述液态金属泵进一步包括：

所述金属侧滑块包括金属侧顶部滑块和金属侧底部滑块；并且

所述空气侧滑块包括空气侧顶部滑块和空气侧底部滑块。

5.如权利要求1所述的液态金属泵，所述液态金属泵进一步包括至少一个弹簧，所述至少一个弹簧被配置为在打开位置与关闭位置之间致动所述滑块。

6.如权利要求1所述的液态金属泵，所述液态金属泵进一步包括：

在所述空气侧台板与所述金属侧台板之间的第一密封件，所述第一密封件包括垫片和刀锋，所述垫片包括软金属材料；以及

在所述空气侧台板与所述金属侧台板之间的第二密封件，所述第二密封包括o形环，所述o形环包括三元乙丙橡胶（EPDM）、含氟聚合物弹性体、硅树脂、氟硅树脂、聚丙烯酸酯或以上项的组合。

7.如权利要求1所述的液态金属泵，其中所述液态金属入口端口和所述金属出口端口包括止回阀。

8.一种液态金属泵，所述液态金属泵包括

金属侧台板，所述金属侧台板包括第一液态金属腔和第二液态金属腔；

第一空气侧台板，所述第一空气侧台板包括第一空气腔；

第二空气侧台板，所述第二空气侧台板包括第二空气腔；

第一隔膜，所述第一隔膜设置在所述金属侧台板与所述第一空气侧台板之间、处于所述金属侧台板与所述第一空气侧台板的接合处，使得所述第一隔膜将所述第一液态金属腔与所述第一空气腔分开；

第二隔膜，所述第二隔膜设置在所述金属侧台板与所述第二空气侧台板之间、处于所述金属侧台板与所述第二空气侧台板的接合处，使得所述第二隔膜将所述第二液态金属腔与所述第二空气腔分开；

液态金属入口端口；

金属出口端口；

多个加热线圈；以及

滑块，所述滑块附接到所述隔膜并被配置为在打开位置与关闭位置之间致动所述隔膜。

9.如权利要求1所述的液态金属泵，其中所述滑块设置在滑块腔中，并且其中所述液态金属入口端口和所述液态金属入口端口与所述滑块腔选择性地流体连通。

10.如权利要求8所述的液态金属泵，所述液态金属泵进一步包括空气腔连接器，所述空气腔连接器被配置为使空气能够从所述第一空气腔流到所述第二空气腔。

11.如权利要求8所述的液态金属泵，所述液态金属泵进一步包括：

在所述第一空气侧台板与所述金属侧台板之间的第一空气侧台板第一密封件，所述第一空气侧台板第一密封件包括垫片和刀锋，所述垫片包括软金属材料；

在所述第二空气侧台板与所述金属侧台板之间的第二空气侧台板第一密封件，所述第二空气侧台板第一密封件包括垫片和刀锋，所述垫片包括软金属材料；

在所述第一空气侧台板与所述金属侧台板之间的第一空气侧台板第二密封件，所述第一空气侧台板第二密封包括o形环，所述o形环包括三元乙丙橡胶（EPDM）、含氟聚合物弹性体、硅树脂、氟硅树脂、聚丙烯酸酯或以上项的组合；以及

在所述第二空气侧台板与所述金属侧台板之间的第二空气侧台板第二密封件，所述第二空气侧台板第二密封包括o形环，所述o形环包括三元乙丙橡胶（EPDM）、含氟聚合物弹性体、硅树脂、氟硅树脂、聚丙烯酸酯或以上项的组合。

12.如权利要求8所述的液态金属泵，其中所述加热线圈将液态金属维持在约180℃与约200℃之间。

13.如权利要求8所述的液态金属泵，其中所述液态金属泵具有多达约100psi的压力。

14.如权利要求8所述的液态金属泵，其中所述液态金属泵被配置为泵送约0.5ccm的液态金属。

15.一种液态金属泵系统的控制器，所述控制器存储指令，所述指令在由处理器执行时使所述系统：

将滑块从关闭位置致动到打开位置，使液态金属通过金属入口端口流入第一液态金属腔，将所述滑块从所述打开位置致动到关闭位置，并且向第一空气腔供应空气以使所述液态金属通过金属出口端口从所述第一液态金属腔流出，其中：

第一隔膜设置在所述第一空气腔与所述第一金属腔之间、处于金属侧台板与第一空气侧台板的接合处，使得所述第一隔膜将所述第一液态金属腔与所述第一空气腔分开。

16.如权利要求15所述的液态金属泵系统，其中所述滑块附接到所述隔膜并被配置为在所述打开位置与所述关闭位置之间致动所述隔膜。

17.如权利要求15所述的液态金属泵系统，所述液态金属泵系统进一步包括：

第二空气侧台板；以及

第二隔膜，其中所述第二隔膜设置在第二空气腔与第二液态金属腔之间、处于所述金属侧台板与所述第二空气侧台板的接合处，使得所述第二隔膜将所述第二液态金属腔与所述第二空气腔分开。

18.如权利要求15所述的液态金属泵系统，所述液态金属泵系统进一步包括加热器线圈，其中所述控制器使用所述加热器线圈来将液态金属维持在约180℃与约200℃之间。

19.如权利要求15所述的液态金属泵系统，其中所述控制器在所述金属入口端口和所述金属出口端口处维持独立压力。

20.如权利要求15所述的液态金属泵系统，其中所述液态金属泵具有多达约100psi的压力。