CN101818049B - 制热器具的充液式温度控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种制热器具充液式温度控制装置,所述的温度控制装置,包括感温部件、动力部件和开关部件,所述的感温部件为毛细管,所述毛细管一端封闭,另一端与所述的动力部件连接,在所述毛细管和动力部件腔体组成的封闭空间内充入一种液体感温介质,所述的液体感温介质为水、乙醇、乙二醇三种成分或其中两种成分的混合溶液;或者,所述的液体感温介质为水、甲醇、乙二醇三种成分或其中两种成分的混合溶液。本发明解决了氟利昂冷媒和液体介质不适于作为制热器具高温区温度控制或过热保护的感温介质的问题,并且动力部件和开关部件的配合采用突跳式膜片与快跳式簧片配合的模式,解决了突跳式膜片或快跳式簧片失效引发的电器安全问题。

Description

制热器具的充液式温度控制装置
技术领域
本发明涉及一种液体感温介质及其温度控制装置,特别是制热器具的充液式温度控制装置,属于温度控制装置制造技术领域。 
背景技术
某些家用电器的温度控制装置,为达到感温部件与开关部件在较远距离不同部位的相互关联,需要用到充液式温度控制装置。该装置包括感温部件、动力部件和开关部件。通常使用毛细管作为感温部件与动力部件相通相连,在毛细管及动力部件内灌注液体感温介质如氟立昂、油脂类等介质,通过氟立昂的液气相变或油类液体热胀冷缩来推动温度控制装置的开关部件动作。 
当用氟利昂等低温冷媒做介质时,冷媒灌注在一个密闭的感温及动力部件的空间内,在一定的温度和压力下冷媒在温度控制装置的最低温部位处于液态凝聚态。当温度上升时,冷媒发生由液态到气态的相变,气化量增加,使冷媒的体积增大,从而推动动力部件膨胀并驱动开关部件动作。而该器具的非最低温部位由于已经处于气化状态,温度的变化不会明显改变冷媒的气化量,因此,这类温度控制装置必须以最低温部位为控温点。通常用在电冰箱、空调、冷水机等制冷器具上。而当应用低温冷媒的温度控制装置用在制热器具,如:暖风机、对流式取暖器等做温度控制时,也须将毛细管部分安装固定在取暖器进气口附近,也就是感应室温的相对低温区,开关主体安装在发热体上方的相对高温区,通过低温区冷媒感应室温的变化来控制温度控制装置的动作。 
当用油类等其他液体作为制热器具温度控制装置的感温介质时, 其原理是利用液体的热涨冷缩,将感温包内液体随温度产生的体积变化通过毛细管传递到动力部件,从而驱动温度控制装置开关部件的通断动作。为达到所需的温度控制的灵敏性,须使液体产生足够的体积变化,因此,需要较大体积的感温包灌注较多的感温介质。 
上述两类液体感温介质工作方式存在的问题是,氟利昂等冷媒介质只适合于较低温度范围内的应用,如40℃以下。当作为制热器具的温度控制装置时,只能作为对最低温区的温度调节控制。当需要对高温区温度控制,特别是需要过热保护控制时,则不适用。使用氟利昂介质,还存在生产和使用环节介质泄露污染环境的问题。而将油类等作为感温介质时,又存在液体感温部件体积大,感温控制区域小的问题。 
此外,采用上述两种介质,介质状态随温度的变化是个渐变的过程,温度控制装置的动力部件膨胀也是个渐变的过程,因此动力部件一般采用蠕动式的膜盒或波纹管结构。而开关部件一般采用快跳式储能簧片,以使开关触点可以瞬间动作。这种配合方式存在的问题是,当快跳式储能簧片发生弹性疲劳失去快跳效果时,则动力部件不能有效推动开关触点的通断,从而使控温或限温失败,影响使用安全和设备安全。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,针对现有技术的不足提供一种制热器具充液式温度控制装置,采用特定的混合溶液做充液式温度控制装置感温部件的感温介质,通过特定的混合溶液的泡点温度(相变温度)与需要的动作温度相匹配的方式,解决了氟利昂冷媒和液体介质不适于作为制热器具高温区温度控制或过热保护的感温介质的问题。进一步地,动力部件和开关部件的配合采用突跳式膜片与快跳式簧片配合的模式,解决了突跳式膜片或快跳式簧片失效引发的电器安全问题。 
本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的: 
本发明提供一种制热器具的充液式温度控制装置,包括感温部件、动力部件和开关部件,所述的感温部件为毛细管,所述毛细管一端封闭,另一端与所述的动力部件连接,在所述毛细管和动力部件腔体组成的封闭空间内充入一种液体感温介质,所述的液体感温介质为水、乙醇、乙二醇三种成分或其中两种成分的混合溶液;或者,所述的液体感温介质为水、甲醇、乙二醇三种成分或其中两种成分的混合溶液; 
或者,所述的液体感温介质为水、甲醇、乙二醇三种成分或其中两种成分的混合溶液; 
所述的动力部件为由封盖和弹性膜片围成的盘形壳体,所述封盖顶部与所述毛细管连通,所述的盘形壳体与毛细管的内部构成所述的封闭空间; 
所述的开关部件包括基座,在基座上部设置顶杆导盘,在顶杆导盘中部的通孔内设置可在通孔内上下自由移动的顶杆,所述动力部件的弹性膜片设置在顶杆导盘的上端并与顶杆的上端头相对; 
所述的开关部件还包括弹簧片、电触头、接线端子,所述接线端子设置在基座上,所述弹簧片的一端固定在第一端子的支架上,所述弹簧片的另一端为悬臂端,在悬臂端的端头设置第一电触头,所述的第一电触头与设置在第二端子上的第二电触头相对;所述顶杆的下端头抵在所述弹簧片上。 
本发明通过特定的混合溶液在一定温度下发生气化的原理,解决了氟利昂冷媒和液体介质不适于作为制热器具高温区温度控制或过热保护的感温介质的问题,并且动力部件和开关部件的配合采用突跳式膜片与快跳式簧片配合的模式,解决了突跳式膜片或快跳式簧片失效引发的电器安全问题。 
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细地说明。 
说明书附图 
图1是本发明充液式温度控制装置的整体结构示意图; 
图2是本发明充液式温度控制装置的俯视图; 
图3是图2沿A-A方向的未发生气化膨胀状态剖视图; 
图4是图3的基座部分的俯视图; 
图5是图2沿A-A方向的已发生气化膨胀状态剖视图。 
本发明在充液式温度控制装置中使用的混合溶液主要由纯净水、乙二醇、乙醇(或甲醇)等成分组成。在一个大气压下水的沸点为100℃、乙二醇沸点为197.5℃、乙醇的沸点为78℃、甲醇的沸点为64.5℃。当以不同的比例将上述溶剂混合在一起时,混合溶液的泡点温度(或相变温度)会有变化,根据温度控制的需要,通过调整混合比例使其泡点温度点与控温点相对应。在应用时,将混合溶液充满在密封的空间内,感温部分感应的温度达到需要的控温点或限温点时,作为感温介质的混合溶剂将会发生气化,从而使充满混合溶液介质的空间体积膨胀,使与其相通成一个密封空间的动力部件的膜片动作,动力部件的膜片再推动开关部件使开关部件的一对触点断开。乙醇、乙二醇等成分还有防冰冻作用。温度控制装置的控温点温度所需混合溶液的比例可为多种混合方式,以下是几种实施例: 
实施例1:当温度控制装置的控温点需要为120-140℃时,采用容积比例为水0~20%、乙醇0-10%、乙二醇80-95%的混合溶液作为感温部件的感温介质。 
实施例2:当温度控制装置的控温点需要为140℃时,采用乙醇5%、乙二醇95%的混合溶液作为感温部件的感温介质。 
实施例3:当温度控制装置的控温点需要为80-95℃时,采用水10~30%、乙醇65~85%、乙二醇2~8%的混合溶液作为感温部件的感温介质。 
实施例4:当温度控制装置的控温点需要为82℃时,采用水18%、乙醇80%、乙二醇2%的混合溶液作为感温部件的感温介质。 
实施例5:当温度控制装置的控温点需要为65~85℃时,采用水5~25%、甲醇75~90%、乙二醇2~5%的溶液作为感温部件的感温介质。 
温控器在应用在对流式取暖器上时,为使出风口处网罩的温度不至造成对人的烫伤,根据整机规格和毛细管在整机内的固定位置,毛细管的感应控制温度一般为80-150℃。如采用动作温度为82℃,所用充液式温度控制装置的感温介质可采用上述实施例4的混合溶液。 
根据不同控温点温度的需要,上述混合溶剂的组成还可有其他多种成分比例。特别是,由于乙醇和甲醇的沸点温度比较接近,很多情况下可以用甲醇代替乙醇。 
图1是本发明充液式温度控制装置的整体结构示意图,图2是本发明充液式温度控制装置的俯视图。由图1、图2可见,温度控制装置的感温部件为毛细管3,该毛细管3与动力部件的封盖1连接,封盖1盖在开关部件的基座4上,且周边铆紧,在基座4下部设置第一端子7和第二端子8。 
毛细管3可以根据配套制热器具感温和控温区布置需要,长度为0.5-2米,毛细管3的外径一般为1.5-2.5mm,采用铜管、不锈钢管等金属毛细管。例如:一种长条形的对流式电热取暖器,长度在1米以上,其底面是空气进口,上面是热风出口。为防止整个或其中任何一段出风口的被覆盖或电压异常而引起的温度过热,将所述的毛细管3沿发热体与上面的出风口之间布置。当取暖器沿毛细管长度上的任何部位感温超限时,都会引起其中感温溶液的气化膨胀,从而引发温度控制装置开关部件的动作,实现温度控制的目的(或制热器具过热保护的目的)。由于以最高温部位作为温度控制的感温点,因此很适用于电热器具的限温、控温,还对毛细管所置的整个区域都得到温度控制或过热保护。 
图3是图2沿A-A面的剖视图。图4是图3的基座部分的俯视图。如图3所示,封盖1的中部呈圆盘状,和弹性膜片2的周边焊接成一封闭的中空盘形壳体,在封盖1的顶部设置的通孔与毛细管3连通,毛细管3的另一端封闭。在盘形壳体与毛细管组成的封闭空间内充满 混合溶液14。弹性膜片2为突跳式弹性膜片,在温度上升没有达到动作温度时其形状向上凹入封盖1(如图3所示),在达到动作温度,混合溶液有气化发生,受到气化膨胀后瞬间相对封盖1凸起,在温度降低气化消除后又瞬间回复为凹入状态。封盖1可采用0.5mm厚度的不锈钢材料制作,弹性膜片2可采用0.12mm厚度的弹性不锈钢材料制作。 
充液的温度控制装置的动力部件为突跳式膜片,可以配合慢动式开关簧片,但这种配合模式存在的问题是,当突跳式膜片由于长期反复动作或制造质量不佳等原因而疲劳或失效时,则不能及时推动慢动式簧片使电触点脱离接触至设定的安全位置,则触点之间会发生打火、电弧,还会对电网产生电磁干扰。因此,采用快跳式的储能簧片结构。 
如图4结合图3所示,在基座4口部设置顶杆导盘5,在顶杆导盘5中部的通孔内设置可在通孔内上下自由移动的顶杆6,顶杆6的上端头与弹性膜片2相对;顶杆6的下端头抵在所述弹簧片9上。基座4、顶杆导盘5和顶杆6采用如电木、塑料等绝缘材料制作。 
在基座4下部设有第一端子7和第二端子8,第一端子7上部成U形支架,弹簧片9的一端固定在第一端子7的U形支架7.1的一边卡槽内,弹簧片9的中间舌片弯曲9.1顶在第一端子7的U形支架7.1的另一边卡槽内,形成悬臂梁形式,在其悬臂端设置动触头11,动触头11与设置在第二端子上的定触头10相对。两端子可采用铜质材料制作,弹簧片9可采用0.15mm厚的铍铜材料制作。电触头材料为铜质基体,接触面复合银层。弹簧片9的中间舌片采用储能的弧形弯曲,当弹簧片9的片身被顶杆6压下越过弧形舌片与端子7的U形支架槽支点时,弹簧片9会在舌片的弹力作用下快速越过中点,因此,称为快跳式弹簧片。其与慢动式簧片的区别就在于慢动式簧片只是有预变形的弹片,而没有弧形舌片,预变形提供触点的接触压力,只是随外力推顶而移动,自身不会发生突然反转的动作。快跳式弹簧片的特点是可以带动第二电触点快速通断,可以有效地减少电弧烧蚀和电磁干扰等问题,提高触点寿命。在当突跳式膜片由于长期反复动作内应力消失或制造质量不佳等原因变成蠕动或跳动不到位时,也能靠快跳式弹簧片瞬动的特点,使触点迅速脱离接触至安全位置。 
在动触头11的下方的基座4上设置触点间隙调节螺钉13,通过该螺钉来调节动触头11与定触头10在断开后的间隔距离,使该距离达到电器产品的安全距离。 
在端子7的U形支架7.1靠近舌片支点的底面设置支点调节螺钉12,通过调节该螺钉,顶推支架上的凹槽即簧片的支点位置作微量的上下移动,以使弹簧片9在与支点构成的动作中心处于触点间隙下方,即使簧片处于动作临界位置。在顶杆6没有作用到簧片9前保持触点接通,且在弹性膜片2凹凸行程内使簧片反转,以实现快跳式弹簧片9使一对电触点迅速的通断功能。 
本发明充液式温度控制装置的工作过程简述如下: 
图3所示的是盘形壳体与毛细管组成的封闭空间内的感温介质未发生气化膨胀时的状态。此时突跳式弹性膜片2为相对封盖凹进状态,与顶杆6的上端头之间处于未接触状态,定触头10与动触头11处于接触状态,温度控制装置处于导通状态。 
图5所示的是盘形壳体与毛细管组成的封闭空间内的感温介质发生气化膨胀时的状态。当盘形壳体与毛细管组成的封闭空间内的部分感温介质在达到设定温度下发生气化膨胀时,突跳式弹性膜片2会瞬间由凹进状态变为凸出状态并推动顶杆6向下移动,顶杆6的下移顶推弹簧片9下移,由于采用了突跳式弹簧片,当弹簧片9片身下移越过弧形舌片的支点时,会在弧形舌片的弹力作用下瞬间反转,使定触头10与动触头11快速脱离接触状态,则温度控制装置处于断路状态。 
随着配套的电加热器的断电,制热器的温度会下降,混合溶液介质的又会回归液化态,因而体积减小,弹性膜片2会自动回复到凹入状态,则顶杆6施加到弹簧片9的推力解除,弹簧片9在弧形舌片的带动下会迅速回弹,使两个电触点回到接触状态,则加热体又开始通电加热。 
本发明利用多种溶剂和水的混合溶液,可随所需不同的温控点的温度调整溶液组分,适用范围广,且本发明采用的动力部件和开关部件的配合使电器安全问题得到保障。 
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限制。尽管参照上述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,依然可以对本发明的技术方案进行修改和等同替换,而不脱离本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。 

Claims (9)

1.一种制热器具的充液式温度控制装置,包括感温部件、动力部件和开关部件,所述的感温部件为毛细管(3),所述毛细管(3)一端封闭,另一端与所述的动力部件连接,其特征在于,在所述毛细管(3)和动力部件腔体组成的封闭空间内充入一种液体感温介质,所述的液体感温介质为水、乙醇、乙二醇三种成分或其中两种成分的混合溶液;
或者,所述的液体感温介质为水、甲醇、乙二醇三种成分或其中两种成分的混合溶液;
所述的动力部件为由封盖(1)和弹性膜片(2)围成的盘形壳体,所述封盖(1)顶部与所述毛细管(3)连通,所述的盘形壳体与毛细管(3)的内部构成所述的封闭空间;
所述的开关部件包括基座(4),在基座(4)上部设置顶杆导盘(5),在顶杆导盘(5)中部的通孔内设置可在通孔内上下自由移动的顶杆(6),所述动力部件的弹性膜片(2)设置在顶杆导盘(5)的上端并与顶杆(6)的上端头相对;
所述的开关部件还包括弹簧片(9)、电触头、接线端子,所述接线端子设置在基座(4)上,所述弹簧片(9)的一端固定在第一端子(7)的支架(7.1)上,所述弹簧片(9)的另一端为悬臂端,在悬臂端的端头设置第一电触头(10),所述的第一电触头与设置在第二端子(8)上的第二电触头(11)相对;所述顶杆(6)的下端头抵在所述弹簧片(9)上。
2.根据权利要求1所述的制热器具的充液式温度控制装置,其特征在于,所述混合溶液的容积比例为水0-20%、乙醇0-10%、乙二醇80-95%。
3.根据权利要求2所述的制热器具的充液式温度控制装置,其特征在于,所述混合溶液的容积比例为乙醇5%、乙二醇95%。
4.根据权利要求1所述的制热器具的充液式温度控制装置,其特征在于,所述混合溶液的容积比例为水10-30%、乙醇65-85%、乙二醇2-8%。
5.根据权利要求4所述的制热器具的充液式温度控制装置,其特征在于,所述混合溶液的容积比例为水18%、乙醇80%、乙二醇2%。
6.根据权利要求1所述的制热器具的充液式温度控制装置,其特征在于,所述混合溶液的容积比例为水5~25%、甲醇70~90%、乙二醇2~8%。
7.根据权利要求1所述的制热器具的充液式温度控制装置,其特征在于,所述的毛细管(3)为金属管,其外径为1.5-2.5mm,所述的弹性膜片(2)为突跳式弹性膜片,其自由状态形状为凹弧面,在表面受到气化膨胀压力后突变为凸弧面。
8.根据权利要求1所述的制热器具的充液式温度控制装置,其特征在于,在所述的弹簧片(9)的悬臂端设置一弧形舌片(9.1),所述弧形舌片一端与所述悬臂端的端头连接,另一端抵在所述第一端子的支架(7.1)的凹槽内。
9.根据权利要求8所述的制热器具的充液式温度控制装置,其特征在于,在所述第一端子的支架(7.1)的底面设置支架调节螺丝(12)。
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