一种热膨胀式热电开关的制作方法

1.本发明涉及热流通路控制技术领域，尤其涉及一种热膨胀式热电开关。


背景技术：

2.目前的能源结构还是以传统的化石能源为主，但是由化石能源燃烧产生的高品位的电能与用户端供需关系在时间或是空间维度中有一定的不稳定性。
3.因此，储能技术已经成为解决用户端用能不连续、维持供需平衡的重要手段。其中的储热技术主要用于电力系统调峰、太阳能发电、采暖等领域。常用的储热技术之一就是使用电加热方式将蓄热材料升温，储存热量，待特定用户在特定时间需要热量时，进行热量释放与使用。其中电阻加热技术存在着短路、加热时间过长导致过热，进而损害设备等隐患。为了保证系统安全性，通常使用热电开关或是增添额外的pid控温系统对温度进行监控，当温度高于设计值时，断开电流通路，停止加热。当温度低于设计值时，电流导通，开始加热。这些都是保证电蓄热装置安全运行的关键。
4.目前，基于控制电流通断来控温的热电开关主要有双金属片式、陶铁磁体式结构两种。但这两种结构较复杂，加工难度大，其中陶铁磁体式结构无法自动控制，需要在用户使用时按键，无法自动开启加热。除此之外，就是现有系统的基础上增设额外的温度计、信号接收器等装置，使用pid技术进行控温调节，但这会增加系统的复杂性。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种热膨胀式热电开关，用以简化热电开关的结构，实现自动开启/关闭加热过程，保证电蓄热装置的安全运行。
6.本发明实施例提供一种热膨胀式热电开关，包括：
7.固定元件、移动元件、热负载和热膨胀元件；
8.所述热膨胀元件的两端分别与所述移动元件和所述固定元件连接，所述固定元件与所述热负载间隔设置，所述移动元件依次穿过所述热膨胀元件和所述固定元件，所述移动元件随着所述热膨胀元件的热胀冷缩与所述热负载分离或接触。
9.根据本发明一个实施例的热膨胀式热电开关，所述移动元件在所述热膨胀元件的温度高于预设值时与所述热负载断开。
10.根据本发明一个实施例的热膨胀式热电开关，所述热膨胀元件在设定的温度范围内热胀冷缩，所述热膨胀元件高温膨胀至大于等于预设长度时，所述移动元件与所述热负载相分离。
11.根据本发明一个实施例的热膨胀式热电开关，所述热膨胀元件低温收缩至小于预设长度时，所述移动元件与所述热负载相接触。
12.根据本发明一个实施例的热膨胀式热电开关，所述热膨胀元件中设有供所述移动元件穿过的通道，所述通道中设有用于固定连接所述移动元件的凹槽；所述移动元件穿过所述通道，通过所述凹槽与所述热膨胀元件连接。
13.根据本发明一个实施例的热膨胀式热电开关，所述移动元件包括：第一横向结构、第二横向结构和纵向结构；
14.所述第一横向结构固定在所述凹槽中；所述纵向结构可活动地设置在所述通道和所述固定元件中，所述纵向结构的第一端与所述第一横向结构连接，所述纵向结构的第二端与所述第二横向结构连接，且所述第二横向结构在所述热膨胀元件的温度低于预设值时与所述热负载相接触。
15.本发明实施例还提供一种热膨胀式热电开关，所述固定元件上设有与所述纵向结构相适配的通孔，所述纵向结构可活动地设置在所述通孔中，所述纵向结构始终与所述通孔的侧壁相接触。
16.根据本发明一个实施例的热膨胀式热电开关，所述移动元件和所述热负载由导热金属制成。
17.根据本发明一个实施例的热膨胀式热电开关，所述移动元件和所述热负载由金、银或铜中的任一种制成。
18.根据本发明一个实施例的热膨胀式热电开关，所述热膨胀元件由热膨胀材料制成。
19.本发明提供的热膨胀式热电开关，采用热膨胀元件作为连接件，分别与移动元件和固定元件连接，利用热膨胀元件在高温下膨胀，低温下收缩的特性，改变热负载与移动元件之间的距离，实现电流通路的导通与断开，进而控制加热过程的自动开启与结束。该热电开关部件较少，结构简单，无需额外人工操作，有效地提高其控制的电蓄热装置安全性。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本发明实施例提供的热膨胀式热电开关连通状态示意图；
22.图2是本发明实施例提供的热膨胀式热电开关断开状态示意图；
23.1、移动元件；2、热膨胀元件；3、固定元件；4、热负载。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.下面结合图1和图2描述本发明实施例提供的热膨胀式热电开关，该热膨胀式热电开关包括：固定元件3、移动元件1、热负载4和热膨胀元件2。
26.热膨胀元件2的两端分别与移动元件1和固定元件3连接，固定元件3与热负载4间隔设置。移动元件1是可沿热膨胀元件2的轴向移动的部件，移动元件1依次穿过热膨胀元件2和固定元件3。移动元件1随着热膨胀元件2的热胀冷缩与热负载4分离或接触。
27.本实施例中，移动元件1在热膨胀元件2的温度低于预设值时，移动元件1与热负载4相接触，此时如图1所示，热电开关处于连通状态。移动元件1在热膨胀元件2的温度高于预设值时，移动元件1与热负载4分离。
28.本实施例提供的热膨胀式热电开关在闭合状态下，如图1所示，移动元件1与热负载4接触，电路导通，电蓄热装置开始加热。随后，如图2所示，随着移动元件1的温度升高至设定值时，热量通过移动元件1传递至热膨胀元件2，热膨胀元件2开始膨胀，推动移动元件1远离热负载4，电流通路断开，加热过程停止。当移动元件1的温度低于设定值时，与其热接触的热膨胀元件2的温度较低，热膨胀元件2开始收缩，长度缩小，由于热膨胀元件2的一端已经与固定元件3连接，无法移动，热膨胀元件2带动移动元件1与热负载4接触，电流通路导通，电蓄热装置启动，热负载4再次被加热，并将热量传递给移动元件1，将移动元件1加热至设定值，热量通过移动元件1再次传递至热膨胀元件2，热膨胀元件2再次升温膨胀，如此根据热膨胀元件2的热胀冷缩特性，可以实现自动开关/闭合，无需外部人工检测与操作。
29.本发明实施例提供的热膨胀式热电开关，采用热膨胀元件作为连接件，分别与移动元件和固定元件连接，利用热膨胀元件在高温下膨胀，低温下收缩的特性，改变热负载与移动元件之间的距离，实现电流通路的导通与断开，进而控制加热过程的自动开启与结束。该热电开关部件较少，结构简单，无需额外人工操作，有效地提高其控制的电蓄热装置安全性。
30.基于上述实施例，本发明还提供一实施例，如图1和图2所示，热膨胀元件2由热膨胀材料制成，例如金属材料或有机高分子材料，热膨胀元件2可选用不同的热膨胀材料作为连接件来获得应用于不同工作温区的热电开关。这类材料在一定温区内，平均线膨胀系数或体膨胀系数为正值，具有热胀冷缩特性。热膨胀元件2在设定的温度范围内热胀冷缩，热膨胀元件2高温膨胀至大于等于预设长度时，移动元件1与热负载4分离。热膨胀元件2低温收缩至小于预设长度时，移动元件1与热负载4相接触。
31.对应地，热负载4与移动元件1要选用导热性能良好的金属材料，例如金、银、铜(紫铜)等金属材料。
32.本实施例中，热膨胀元件2中设有供移动元件1穿过的通道，通道中设有用于固定移动元件1的凹槽。移动元件1穿过通道，移动元件1通过凹槽与热膨胀元件2连接。为保证开关的可靠性与灵敏性，凹槽一般设置在通道的敞口处，可避免热膨胀元件2与外部其它结构直接接触传热。
33.其中，移动元件1包括：第一横向结构、第二横向结构和纵向结构。第一横向结构固定在凹槽中，用于固定整个移动元件1的位置。第二横向结构和纵向结构为活动端，纵向结构可活动地设置在通道和固定元件3中，纵向结构的第一端与第一横向结构连接，纵向结构的第二端与第二横向结构连接，且第二横向结构在热膨胀元件2的温度低于预设值时与热负载4相接触。
34.对应地，固定元件3上设有与纵向结构相适配的通孔，纵向结构可活动地设置在通孔中。在热膨胀元件2收缩和膨胀的整个过程中，纵向结构始终与通孔的侧壁相接触。
35.综上所述，本发明实施例提供的热膨胀式热电开关，采用热膨胀元件作为连接件，分别与移动元件和固定元件连接，利用热膨胀元件在高温下膨胀，低温下收缩的特性，改变热负载与移动元件之间的距离，实现电流通路的导通与断开，进而控制加热过程的自动开
启与结束。
36.此外，该结构区别于现有技术仅包括固定元件、移动元件、热负载和热膨胀元件四个部件，结构简单可靠，利用热膨胀材料的热敏性可实现加热过程的自动开启与结束，无需额外人工操作，有效地提高其控制的电蓄热装置安全性，避免过热故障。
37.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。