一種基于熱管的機(jī)械式溫控裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于熱管的機(jī)械式溫控裝置，包括缸體、活塞、單向閥、熱管束；缸體內(nèi)裝有氣液工作介質(zhì)；活塞包括活塞桿，活塞桿置于缸體內(nèi)部的一端設(shè)有活塞頭，活塞桿的另一端通過缸體尾部的限位環(huán)伸出缸體的外部；單向閥和熱管束通過缸體端部的缸壁，一部分伸入缸體的內(nèi)部，一部分置于缸體的外部；當(dāng)活塞頭向缸體端部的缸壁方向軸向移動時，活塞頭與單向閥相抵，單向閥打開；當(dāng)活塞頭向限位環(huán)方向軸向移動時，活塞頭與單向閥脫離，單向閥關(guān)閉。利用熱管束高的導(dǎo)熱特性和優(yōu)良的等溫性，迅速建立起被探測區(qū)(受熱體)和溫控裝置之間的溫度場，熱管束快捷準(zhǔn)確地反饋給由活塞、單向閥等構(gòu)成的動作部件，最終單向閥的打開或關(guān)閉。
【專利說明】-種基于熱管的機(jī)械式溫控裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及溫度控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于熱管的機(jī)械式溫控裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前的溫控開關(guān)大都是根據(jù)雙金屬片的熱脹冷縮進(jìn)行工作的，部分的壓力式溫控 開關(guān)則依靠氣體工作介質(zhì)的熱脹冷縮的性質(zhì)實(shí)現(xiàn)溫控功能。
[0003] 目前，無論是雙金屬片還是以氣體為工作介質(zhì)的溫控器件存在以下的缺陷：其一， 熱脹冷縮的性質(zhì)限制了溫度控制的精度和靈敏度，原因是熱脹冷縮導(dǎo)致的形變是漸變的過 程，響應(yīng)時間比較長，使得以此為基礎(chǔ)的溫控裝置在制作過程中需要復(fù)雜的標(biāo)定工作；其 二，動作結(jié)束后感溫原件的復(fù)原緩慢，對突發(fā)情況的應(yīng)對能力偏弱；其三，雙金屬片式的溫 控裝置長期工作后，會由于金屬片內(nèi)的應(yīng)力積聚產(chǎn)生斷裂或者失效，壽命較低。
[0004] 綜上所述，現(xiàn)有的溫控裝置難以應(yīng)對高精度、苛刻環(huán)境下的溫度響應(yīng)和控制，在脫 離電控的情況下，難以滿足高精尖設(shè)備的技術(shù)要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、動作響 應(yīng)快的基于熱管的機(jī)械式溫控裝置。
[0006] 本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種基于熱管的機(jī)械式溫控裝置，包括缸體2、活塞、單向閥3、熱管束4 ;所述缸體 2內(nèi)裝有氣液工作介質(zhì)；
[0008] 所述活塞包括活塞桿1，活塞桿1置于缸體2內(nèi)部的一端設(shè)有活塞頭11，活塞桿1 的另一端通過缸體2尾部的限位環(huán)21伸出缸體2的外部；
[0009] 所述單向閥3和熱管束4通過缸體2端部的缸壁，一部分伸入缸體2的內(nèi)部，一部 分置于缸體2的外部；
[0010] 當(dāng)活塞頭11向缸體2端部的缸壁方向軸向移動時，活塞頭11與單向閥3相抵，單 向閥3打開；
[0011] 當(dāng)活塞頭11向限位環(huán)21方向軸向移動時，活塞頭11與單向閥3脫離，單向閥3 關(guān)閉。
[0012] 缸體2由玻璃鋼制成；缸體2的外表面涂覆有隔熱涂層。
[0013] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：
[0014] (1)本發(fā)明中將熱管束應(yīng)用為感溫探頭，利用熱管高的導(dǎo)熱特性和優(yōu)良的等溫性， 迅速建立起被探測區(qū)（受熱體）和溫控裝置之間的溫度場，將被探測區(qū)的溫度通過熱管束 快捷準(zhǔn)確地反饋給由活塞、單向閥等構(gòu)成的動作部件，利用動作部件的移動，最終使單向閥 的打開或關(guān)閉，提高了溫控裝置的靈敏性、準(zhǔn)確性和快速響應(yīng)能力。
[0015] (2)本發(fā)明采用封閉式缸體結(jié)構(gòu)使，通過活塞與單向閥的配合，使得溫控裝置具有 將強(qiáng)的抗干擾能力和較長的使用壽命，同時具有將強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，即使在苛刻的工作環(huán) 境仍能正常工作。
[0016] (3)本發(fā)明相對于現(xiàn)有的雙金屬片和壓力式溫控器具有對溫度變化敏感、自動快 速復(fù)原等優(yōu)勢，并可根據(jù)溫度變化進(jìn)行連續(xù)變化，避免了臨界溫度點(diǎn)處突變時發(fā)生的剛性 沖擊。
[0017] (4)本發(fā)明中結(jié)構(gòu)簡單、裝配容易、體積小、安裝使用方便，具有廣闊的市場前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明裝配示意圖。
[0019] 圖2是圖1缸體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2是圖1活塞結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖4是本發(fā)明的實(shí)施例原理示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0023] 實(shí)施例
[0024] 如圖1-4所示。本發(fā)明一種基于熱管的機(jī)械式溫控裝置，包括缸體2、活塞、單向 閥3、熱管束4 ;所述缸體2內(nèi)裝有氣液工作介質(zhì)；活塞可采用PC塑料制成。
[0025] 所述活塞包括活塞桿1，活塞桿1置于缸體2內(nèi)部的一端設(shè)有活塞頭11，活塞桿1 的另一端通過缸體2尾部的限位環(huán)21伸出缸體2的外部；
[0026] 所述單向閥3和熱管束4通過缸體2端部的缸壁，一部分伸入缸體2的內(nèi)部，一部 分置于缸體2的外部；熱管束4為感溫原件，蒸發(fā)段位于缸體2外部的感溫區(qū)域，冷凝段伸 入缸體2并浸入氣液工作介質(zhì)中；氣液工作介質(zhì)通過單向閥3充入。
[0027] 為減小活塞的重量對動作靈敏度的影響，活塞桿1的制作應(yīng)遵循盡量減小其慣量 的原則。
[0028] 當(dāng)活塞頭11向缸體2端部的缸壁方向軸向移動時，活塞頭11與單向閥3相抵，單 向閥3打開；
[0029] 當(dāng)活塞頭11向限位環(huán)21方向軸向移動時，活塞頭11與單向閥3脫離，單向閥3 關(guān)閉。限位環(huán)21用于對活塞桿1運(yùn)動限位。
[0030] 缸體2由玻璃鋼制成；缸體2的外表面涂覆有隔熱涂層。
[0031] 氣液工作介質(zhì)為壓縮氣體與低沸液體混合后形成的兩相混合物，選取需遵循以下 原則：（1)低沸液體工作介質(zhì)的選取需根據(jù)臨界溫度而定，一般而言，其沸點(diǎn)應(yīng)略低于臨界 溫度，具體差值應(yīng)根據(jù)可采用實(shí)測方法標(biāo)定。（2)氣液工作介質(zhì)相互之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、 不互溶。（3)工作介質(zhì)須滿足成本低廉、原料易得的要求。
[0032] 熱管束4的表面鍍銀處理，防止腐蝕；熱管束4的設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)具體工作環(huán)境而 定，如長度形狀等外形參數(shù)根據(jù)感溫區(qū)與控制區(qū)之間的安裝距離和兩者之間的障礙物影響 而定，若熱管束4的工作環(huán)境有一定的腐蝕性，則可以選取殼體耐腐蝕性較強(qiáng)的不銹鋼-水 熱管。
[0033] 缸體2是整個溫控裝置的支撐部件，也是將其他各個部件連為一體的連接部件， 為保證精度，應(yīng)采用絕熱材料制成，如玻璃鋼?；钊麠U1須質(zhì)輕且強(qiáng)度高，而且活塞桿1與 缸體2之間需要有較好的密封，以防止工作介質(zhì)揮發(fā)。熱管束4置于缸體2內(nèi)部的這端須 與液體工作介質(zhì)接觸。
[0034] 以下通過本機(jī)械式溫控裝置，在控制氧氣流量問題中的應(yīng)用為例，說明本裝置的 工作原理。
[0035] 如圖4所示。根據(jù)實(shí)際需要，受熱體5的臨界溫度為50°C，熱管束4的表面鍍銀處 理，根據(jù)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定可知缸體2的腔室內(nèi)部溫度假設(shè)測得為47°C，則可選取沸點(diǎn)為47°C的液 體工作介質(zhì)，如二硫化碳（沸點(diǎn)46.5°C)。具體工作環(huán)境可以描述為：通過單向閥3控制氧 氣的流量可以控制受熱體加熱速率；活塞桿1伸出，活塞頭11與單向閥3分離，關(guān)閉氧氣入 口；活塞桿1回彈，活塞頭11推動單向閥3打開氧氣入口，并且活塞桿1的回彈量與氧氣入 口的開口率成正比。熱管束4的蒸發(fā)段與受熱體5接觸，冷凝段與缸體2內(nèi)的二硫化碳接 觸，將熱量從受熱體傳至二硫化碳液體。
[0036] 如圖4所示，設(shè)氧氣流對活塞桿1的壓力為Fe，缸體2內(nèi)部氣液工作介質(zhì)對活塞 頭11的壓力為Fi，則在加熱的初試階段，由于受熱體5為溫度較低，使得Fe>Fi，活塞桿1 回彈，單向閥3的氧氣入口加大，同時進(jìn)一步壓縮氣體工質(zhì)，F(xiàn)i升高，最終Fi = Fe達(dá)到平 衡，活塞桿1停止運(yùn)動，單向閥3的氧氣進(jìn)口滿開，氧氣流量最大，加熱速率最大；受熱體5 被加熱后，溫度上升，在熱管束4的強(qiáng)化下，二硫化碳汽化增強(qiáng)，導(dǎo)致Fi進(jìn)一步升高，活塞 桿1回彈量增大，加熱速率同時減??；待受熱體5溫度到達(dá)臨界溫度時，二硫化碳沸騰，使得 Fi>Fe，超過液體工質(zhì)的沸點(diǎn)后，F(xiàn)i會因?yàn)橐后w工質(zhì)汽化迅速增大，直至Fi>Fe，活塞桿1頂 出，通過與單向閥3分離使氧氣進(jìn)氣口關(guān)閉，加熱停止。
[0037] 利用壓縮氣體和低沸點(diǎn)液體作為工作介質(zhì)使本裝置的工作靈敏度大大提高；并且 可以根據(jù)選擇的液體工質(zhì)的沸點(diǎn)不同使本裝置具有不同的工作區(qū)間，具有廣泛的適應(yīng)性； 不存在疲勞損壞，密封之后可以長期工作并且保持靈敏度不變。
[0038] 如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0039] 本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì) 與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于熱管的機(jī)械式溫控裝置，其特征在于：包括缸體、活塞、單向閥、熱管束；所 述缸體內(nèi)裝有氣液工作介質(zhì)； 所述活塞包括活塞桿，活塞桿置于缸體內(nèi)部的一端設(shè)有活塞頭，活塞桿的另一端通過 缸體尾部的限位環(huán)伸出缸體的外部； 所述單向閥和熱管束通過缸體端部的缸壁，一部分伸入缸體的內(nèi)部，一部分置于缸體 的外部； 當(dāng)活塞頭向缸體端部的缸壁方向軸向移動時，活塞頭與單向閥相抵，單向閥打開； 當(dāng)活塞頭向限位環(huán)方向軸向移動時，活塞頭與單向閥脫離，單向閥關(guān)閉。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于熱管的機(jī)械式溫控裝置，其特征在于：缸體由玻璃鋼制成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于熱管的機(jī)械式溫控裝置，其特征在于：缸體的外表面涂覆 有隔熱涂層。
【文檔編號】G05D23/20GK104090600SQ201410274114
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】袁偉, 鄧俊, 湯勇, 張兆春 申請人:華南理工大學(xué)