CN111097983B - 一种温度控制开关及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种温度控制开关及其制备方法，属于高温热结构及控制技术领域。温度控制开关，包括金属管路、钎料、堵头和加热源，所述金属管路为金属圆管，该金属圆管两侧端面设置有导角；所述堵头设置于金属圆管一侧端面的外部，堵头的形状为与金属圆管侧端面的导角形状匹配的圆锥形；所述钎料设置在所述金属圆管一侧端面与所述堵头之间；所述加热源为环形加热源，环形包围设置于金属圆管的外部且不与金属圆管接触，所述金属圆管、钎料及堵头的中心点位于同一水平直线上。本发明所设计的温度控制开关具有结构简单、灵敏度高、可靠性好等优点，在航空航天飞行器热结构上具有潜在的应用前景。

Description

一种温度控制开关及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种温度控制开关及其制备方法，属于高温热结构及控制技术领域。
背景技术
伴随着高速飞行器的出现和发展，先进的功能性热结构层出不穷，如疏导热结构、低离子体发生器、多孔发汗结构等。温度控制开关是热结构实现其功能的重要元件。
现有的温度控制开关一般包括传感器、电源、导线等工作部件，其工作需要额外的电源，工作温度一般小于300℃，使用环境主要为室温，很难直接用于高温环境下热结构或元件的控制。
发明内容
针对上述技术问题，本发明目的在于提供一种温度控制开关及其制备方法。该温度控制开关不涉及传感、电源等部件，能够根据环境温度实现对管路的开关控制。
本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
一种温度控制开关，包括金属管路、钎料、堵头和加热源，所述金属管路为金属圆管，该金属圆管两侧端面设置有导角；所述堵头设置于金属圆管一侧端面的外部，堵头的形状为与金属圆管侧端面的导角形状匹配的圆锥形；所述钎料设置在所述金属圆管一侧端面与所述堵头之间；所述加热源为环形加热源，环形包围设置于金属圆管的外部且不与金属圆管接触，所述金属圆管、钎料及堵头的中心点位于同一水平直线上。
在一可选实施例中，所述的金属圆管直径为6-8mm，壁厚为1-1.5mm。
在一可选实施例中，所述的金属圆管材质为铌合金或钼合金。
在一可选实施例中，所述的金属圆管两侧端面所设置导角的尺寸为R0.5-R1mm。
在一可选实施例中，所述的钎料为铜银合金，合金熔点为650-860℃，质量为0.07-0.3g。
在一可选实施例中，所述的堵头呈圆锥形，锥角为90-130°，质量为0.3-0.8g。
在一可选实施例中，所述的堵头材质为紫铜。
在一可选实施例中，所述的环形加热源与所述的金属圆管的间距为0.5-2mm。
在一可选实施例中，所述的环形加热源尺寸为:外直径30-50mm，内直径为8-12mm，厚度为15-25mm。
一种温度控制开关的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)、提供一金属圆管、钎料和堵头，所述金属圆管两侧端面均设置导角，所述堵头的形状为与金属圆管侧端面的导角形状匹配的圆锥形；；
步骤(2)、将所述金属圆管、钎料及堵头依次层叠放置，所述堵头设置于金属圆管一侧端面的外部，所述钎料设置在所述金属圆管一侧端面与所述堵头之间，确保上述金属圆管、钎料及堵头的中心位于同一直线上；
步骤(3)、将上述层叠结构放置的金属圆管、钎料与堵头整体放入真空炉中进行真空钎焊，得到焊接堵头的金属圆管；
步骤(4)、在金属圆管的外围上设置一环形的加热盒，构成温度控制开关。
在一可选实施例中，所述步骤(3)中的真空焊接条件为：真空度小于5.0×10-2Pa，加热温度800-900℃，保温时间10-20分钟。
本发明的有益效果：
(1)本发明实施例提供的这种温度控制开关结构简单，仅包括金属管路、钎料、堵头、加热盒四个部分，无需额外的电源且工作温度相对较高。
(2)本发明实施例提供的这种温度控制开关，工作灵敏度高，因为钎料质量小于0.3g，一旦环境温度达到钎料熔点，可迅速实现开关动作。
(3)本发明实施例提供的这种温度控制开关，可设计性好，钎料的熔点可以设计，可满足多种热环境下温度控制需求。
(4)本发明实施例提供的这种温度控制开关的制备方法可靠性好，堵头通过表面涨力焊接，避免了常规焊接可能产生的缺陷。
附图说明
图1为本发明实施例提供的温度控制开关的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的温度控制开关的真空钎焊过程示意图；
图3为本发明实施例提供的温度控制开关工作过程及高温热管测温点的位置分布示意图；
图4a为本发明实施例提供的温度控制开关施加温度控制前的高温热管的温度响应曲线；
图4b为本发明实施例提供的温度控制开关施加温度控制后的高温热管的温度响应曲线；
图中标识如下：A-金属圆管；B-钎料；C-堵头；D-加热源；K1-施加温度控制前的温度控制开关；K2-施加温度控制后的温度控制开关；H1-加热段；C1-冷凝段。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
参见图1，本发明的这种温度控制开关，包括金属管路A、钎料B、堵头C和加热源D，所述金属管路A为金属圆管，该金属圆管两侧端面设置有导角；所述堵头C设置于金属圆管一侧端面的外部，堵头C的形状为与金属圆管A侧端面的导角形状匹配的圆锥形；所述钎料B设置在所述金属圆管A一侧端面与所述堵头C之间；所述加热源D为环形加热源，环形包围设置于金属圆管A的外部且不与金属圆管A接触，所述金属圆管A、钎料B及堵头C的中心点位于同一水平直线上。
具体讲，所述的金属圆管A的直径为6-8mm，壁厚为1-1.5mm，材质为铌合金或钼合金。金属圆管A的两侧端面所设置导角的尺寸为R0.5-R1mm。
具体讲，所述的钎料B为铜银合金，该合金的熔点为650-860℃，质量为0.07-0.3g。
具体讲，所述的堵头呈圆锥形，锥角为90-130°，质量为0.3-0.8g。堵头材质为紫铜
具体讲，所述的环形加热源尺寸为:外直径30-50mm，内直径8-12mm，厚度15-25mm；加热源与金属圆管的间距为0.5-2mm。
参见图2，本发明的这种种温度控制开关的制备方法，包括以下步骤：
(1)、提供一金属圆管A、钎料B和堵头C，所述金属圆管A两侧端面均设置导角，所述堵头C的形状为与金属圆管A侧端面的导角形状匹配的圆锥形；；
(2)、将所述金属圆管A、钎料B及堵头C依次层叠放置，所述堵头C设置于金属圆管A一侧端面的外部，所述钎料B设置在所述金属圆管A一侧端面与所述堵头C之间，确保上述金属圆管A、钎料B及堵头C的中心位于同一直线上；
步骤(3)、将上述层叠结构放置的金属圆管A、钎料B与堵头C整体放入真空炉中进行真空钎焊，得到焊接堵头的金属圆管；
步骤(4)、在金属圆管外围上设置一环形的加热盒，构成温度控制开关。
具体讲，所述的真空焊接条件为：真空度小于5.0×10-2Pa，加热温度800-900℃，保温时间10-20分钟。堵头与金属圆管的焊接过程如图2所示。
本发明上述的这种温度控制开关的工作原理为：当热结构或元件达到一定的工作温度后，加热源D开始工作，放出热量，热量通过辐射或传递到达金属圆管A及钎料B。当钎料B温度达到其熔点时，钎料B熔化为液态；钎料B熔化后，堵头C与金属圆管A的连接强度降低至可忽略水平。堵头C在本身重力或外力的作用下发生脱落，金属圆管A从密封状态变化开口状态。
以下为本发明的一具体实施例，具体说明本发明的温度控制开关的工作方法及其性能测试。
实施例1：
首先为温度控制开关的制备工作，制备工艺参数如下：
以Ф6×1mm的铌521管作为金属圆管，长度为50mm，两侧端面导角为R0.5 mm；以锥角为90°的紫铜作为堵头，堵头质量为0.5g，以熔点为700℃的铜银合金作为钎料，钎焊质量0.1g。将金属圆管、钎料、堵头叠加后，放入真空炉加热，加热条件为：850℃，保温12分钟。焊接后得到10个堵头后。
接着测试该温度控制开关，向带堵头的金属圆管一侧通往8个大气压的空气进行检漏，未发明有漏气现象，说明本发明制备的温度控制开关具有良好的密封性和可靠性。
为了进一步验证本发明的温度控制开关优越性能，我们将上述钎焊金属圆管与环形加热源形成温控开关。环形加热源参数为外直径40mm，内直径5mm，厚度20mm。加热源外壳为0.5mm厚为钼合金，壳内充满铝热剂。将上述温度开关与钠工质/镍基高温热管相连接。
图4a和图4b分别给出了施加温度控制开关前后钠工质/镍基高温热管的温度响应曲线。当热管温度达到700℃时，点燃铝热剂，高温热管上温度控制开关开启，热管内的钠工质吸收热量汽化后通过铌合金管逸出到大气中。高温热管的内部压力降低，工作温度下降，见图4b。
由此可见，本发明中所述的温度控制开关实现了对高温热管工作温度的有效控制，提高了高温热管的抗热过载能力。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (11)

1.一种温度控制开关，其特征在于，包括金属管路、钎料、堵头和加热源，所述金属管路为金属圆管，该金属圆管两侧端面设置有导角；所述堵头设置于金属圆管一侧端面的外部，堵头的形状为与金属圆管侧端面的导角形状匹配的圆锥形；所述钎料设置在所述金属圆管一侧端面与所述堵头之间；所述加热源为环形加热源，环形包围设置于金属圆管的外部且不与金属圆管接触，所述金属圆管、钎料及堵头的中心点位于同一水平直线上。
2.根据权利要求1所述的温度控制开关，其特征在于，所述的金属圆管材质为铌合金或钼合金。
3.根据权利要求1所述的温度控制开关，其特征在于，所述的金属圆管直径为6-8mm，壁厚为1-1.5mm。
4.根据权利要求1所述的温度控制开关，其特征在于，所述的金属圆管两侧端面所设置导角的尺寸为R0.5-R1mm。
5.根据权利要求1所述的温度控制开关，其特征在于，所述的钎料为铜银合金，合金熔点为650-860℃。
6.根据权利要求1所述的温度控制开关，其特征在于，所述的堵头呈圆锥形，锥角为90-130°。
7.根据权利要求1所述的温度控制开关，其特征在于，所述的堵头材质为紫铜。
8.根据权利要求1所述的温度控制开关，其特征在于，所述的环形加热源与所述的金属圆管的间距为0.5-2mm。
9.根据权利要求1所述的温度控制开关，其特征在于，所述的环形加热源尺寸为:外直径30-50mm，内直径为8-12mm，厚度为15-25mm。
10.一种温度控制开关的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)、提供一金属圆管、钎料和堵头，所述金属圆管两侧端面均设置导角，所述堵头的形状为与金属圆管侧端面的导角形状匹配的圆锥形；；
步骤(2)、将所述金属圆管、钎料及堵头依次层叠放置，所述堵头设置于金属圆管一侧端面的外部，所述钎料设置在所述金属圆管一侧端面与所述堵头之间，确保上述金属圆管、钎料及堵头的中心位于同一直线上；
步骤(3)、将上述层叠放置的金属圆管、钎料与堵头整体放入真空炉中进行真空钎焊，得到焊接堵头的金属圆管；
步骤(4)、在金属圆管的外围上设置一环形的加热盒，构成温度控制开关。
11.根据权利要求10所述的温度控制开关的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的真空焊接条件为：真空度小于5.0×10-2Pa，加热温度800-900℃，保温时间10-20分钟。
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