[发明专利]一种基于低熔点金属相变体积变化效应的温度开关

说明书

技术领域

本发明涉及一种温度开关，特别涉及一种利用低熔点金属在其相变温度点的体积变化效应，来驱动活塞运动并控制流体出入的基于低熔点金属相变效应的温度开关。

背景技术

温度开关定义为能感受特定温度，并做出相应机械动作的器件。其典型应用包括汽车节温器、建筑供暖通风控制、恒温混水阀、电子器件过热保护等。目前主流的温度开关有如下三种：双金属片式、石蜡式及记忆合金式。因为双金属片驱动力及行程有限，记忆合金制造加工复杂且成本高昂，目前应用最广的仍然为石蜡式温度开关。石蜡式温度开关驱动力大，价格低廉，在汽车节温器、恒温混水阀等器件上得到了广泛应用。然而，石蜡式温度开关最突出的问题在于石蜡热导率低，因此开关反应速度慢，控温波动显著。

围绕石蜡式温度开关的优化，国内外公司已申请并保护了一系列专利(如KR2009008671-A，US2007137709-A1，JP2005285398-A)，同时产生了一大批民用产品。但当前都只是在传统石蜡式温度开关结构上做一定的优化调整，并无实质性革新。因此，目前就如何在保证石蜡温度开关驱动力大，结构简单等优点的前提下显著提高其开关灵敏性仍然是工业界尚未解决的难题。

为此，本发明提出一种基于低熔点金属相变体积变化效应的温度开关。其利用低熔点金属在其相变温度点的体积变化效应，来驱动活塞运动实现迅速的开关动作。其典型优点如下：(1)反应迅速。低熔点金属(如铋，镓，铟)热导率为石蜡的数百倍，升降温迅速，因此对外界环境温度反应极其灵敏；(2)监控温度范围广。典型开关温度可由-80℃(NaKCs合金)到270℃(金属铋)，其开关相变点可根据合金配比灵活定制；(3)高体积膨胀率。镓，铋的凝固体积膨胀率可达3％；(4)金属凝固后强度高，耐压能力更大；(5)无毒，物化性质稳定。不会出现石蜡或记忆合金高温失效等问题，可保证开关长期稳定运行；(6)石蜡熔化体积膨胀，而低熔点金属部分熔化膨胀，部分凝固膨胀，选材及实现可更加灵活。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于低熔点金属相变体积变化效应的温度开关，该温度开关利用低熔点金属在其相变温度点的体积变化效应，来驱动活塞运动实现迅速的开关动作，以实现根据流体温度控制流体流通状态的目的。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的基于低熔点金属相变体积变化效应的温度开关，如图1所示，其组成如下：

一空心壳体1；所述空心壳体1的壳壁上设有用于流体进、出的至少一个进口J1和至少一个出口C1；

一垂向固定于所述空心壳体1内底面上的固定杆2；

一套装于所述固定杆2外壁上的空心活塞3；所述固定杆2顶端与空心活塞3内顶端之间设有空间5；其空间5内装有液态金属；

一套装于所述空心活塞3外壁上的弹簧4；所述弹簧4的两端分别与空心壳体1和空心活塞3相连接。

所述空心壳体1、固定杆2和活塞3材质均为金属，塑料或陶瓷；所述金属为不锈钢、铜或铝等；所述塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚碳酸酯等；所述陶瓷为氧化铝陶瓷等。

所述的弹簧4材质为金属或塑料；所述金属为不锈钢、铜或铝；所述塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚碳酸酯等。

本发明的基于低熔点金属相变效应的温度开关的外形尺度可为1微米～1米。

所述的液态金属为熔点在200℃以下的钠、钾、锂、铷、铯、镓、铟、汞、铅铋合金、镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金、铋基合金、汞基合金或钠钾合金。

所述镓基二元合金为镓铟合金、镓铅合金或镓汞合金；

所述镓基多元合金为镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。

在实际运行中，本发明提供的基于低熔点金属相变体积变化效应的温度开关开始处于某一状态，随着流体温度的变化，当温度到达温度开关的设计阈值(即低熔点液态金属的熔点)时，液态金属发生相变，空心活塞3在液态金属相变体积力和弹簧力的作用下相对固定杆2发生位移，同时导致空心壳体1上流体进口、流体出口的适度开闭，以此实现根据流体温度控制流体流通状态的目的。

本发明的基于低熔点金属相变体积变化效应的温度开关的优点在于：

(1)反应迅速。低熔点金属(如铋，镓，铟)热导率为石蜡的数百倍，升降温迅速，因此对外界环境温度反应极其灵敏；

(2)监控温度范围广。典型开关温度可由-80℃(NaKCs合金)到270℃(金属铋)，其开关相变点可根据合金配比灵活定制；

(3)高体积膨胀率。镓，铋的凝固体积膨胀率可达3％；