CN214365704U

CN214365704U - 温控玻璃装置

Info

Publication number: CN214365704U
Application number: CN202022944211.4U
Authority: CN
Inventors: 马丽然; 汤双喜; 田煜; 雒建斌
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2021-10-08
Anticipated expiration: 2030-12-10

Abstract

本实用新型涉及一种温控玻璃装置。温控玻璃装置包括温敏高分子玻璃响应层、冷却系统以及温控加热系统。冷却系统包括冷却结构与冷却控制结构。冷却控制结构与冷却结构连接。温敏高分子玻璃响应层设置于冷却结构的表面。冷却控制结构控制冷却结构对温敏高分子玻璃响应层进行降温。温控加热系统设置于冷却结构的内部。或者温控加热系统设置于温敏高分子玻璃响应层的表面。温控加热系统用于对温敏高分子玻璃响应层进行加热。通过冷却系统与温控加热系统可以实现对温敏高分子玻璃响应层的温度进行调控，从而实现了玻璃在透明和非透明状态之间的转变，具有成本低，重复使用性好，智能程度高，无污染等优点，能够对个人的隐私进行保护。

Description

温控玻璃装置

技术领域

本实用新型涉及机械设计制造技术领域，特别是涉及一种温控玻璃装置。

背景技术

玻璃因其较好的透光性、优良的机械力学性能、热工性能、挡风和阻碍室外热辐射和热传导等性能，而被广泛用于建筑、日用、艺术、医疗、化学、电子、仪表、核工程等领域。

然而，传统的玻璃在确定好玻璃的颜色后，无法进行更改更换，使得玻璃的实用性降低，无法对个人的隐私进行保护。

实用新型内容

基于此，针对上述问题，有必要提供一种温控玻璃装置。

本申请提供一种温控玻璃装置。所述温控玻璃装置包括温敏高分子玻璃响应层、冷却系统以及温控加热系统。所述冷却系统包括冷却结构与冷却控制结构。所述冷却控制结构与所述冷却结构连接。所述温敏高分子玻璃响应层设置于所述冷却结构的表面。所述冷却控制结构控制所述冷却结构对所述温敏高分子玻璃响应层进行降温。所述温控加热系统设置于所述冷却结构的内部。或者所述温控加热系统设置于所述温敏高分子玻璃响应层的表面。所述温控加热系统用于对所述温敏高分子玻璃响应层进行加热。

在一个实施例中，所述温敏高分子玻璃响应层包括第一玻璃、第二玻璃以及温敏高分子薄膜。所述第二玻璃与所述第一玻璃相对设置。所述温敏高分子薄膜设置于所述第一玻璃与所述第二玻璃之间。

在一个实施例中，所述温控加热系统包括温度检测装置与控制器。所述温度检测装置设置于所述冷却结构的内部。或者所述温度检测装置设置于所述温敏高分子玻璃响应层的表面。所述温度检测装置用于实时检测所述温敏高分子玻璃响应层的温度。所述控制器的检测端与所述温度检测装置连接。所述控制器用于获取所述温敏高分子玻璃响应层的温度，并根据所述温敏高分子玻璃响应层的温度与阈值温度进行比较。

在一个实施例中，所述温控加热系统还包括加热装置。所述加热装置设置于所述冷却结构的内部。或者所述加热装置设置于所述温敏高分子玻璃响应层的表面。所述控制器的负载正极端与所述加热装置连接，用于根据所述阈值温度，控制所述加热装置对所述温敏高分子玻璃响应层进行加热。所述控制器的负载负极端与电源负极连接。

在一个实施例中，所述温控加热系统还包括加热开关。所述加热开关的一端与所述加热装置连接。所述加热开关的另一端与电源正极连接。所述控制器的负极端与电源负极连接。所述控制器的正极端与电源正极连接。

在一个实施例中，所述冷却控制结构包括冷却管路与驱动结构。所述冷却结构的冷却介质出口端与所述驱动结构通过所述冷却管路连接。所述冷却结构的冷却介质入口端与所述驱动结构通过所述冷却管路连接。

在一个实施例中，所述冷却系统还包括冷却开关。所述冷却开关的一端与所述驱动结构的正极端连接。所述冷却开关的另一端与电源正极连接。所述驱动结构的负极端与电源负极连接。

在一个实施例中，所述驱动结构为蠕动泵。

在一个实施例中，所述温敏高分子薄膜的厚度为100μm-500μm。

在一个实施例中，所述温度检测装置为贴片热电偶。所述加热装置为加热丝。

上述温控玻璃装置，所述冷却系统用于实现对所述温敏高分子玻璃响应层的快速冷却，进而使得所述温敏高分子玻璃响应层的温度降低。所述温控加热系统用于实现对所述温敏高分子玻璃响应层的快速加热，进而使得所述温敏高分子玻璃响应层的温度升高。通过所述冷却系统与所述温控加热系统可以使得所述温敏高分子玻璃响应层的温度进行变化。

此时，所述温敏高分子玻璃响应层具有两亲性的温敏有机高分子，温敏有机高分子设置在玻璃的表面。在温度的刺激下，能够实现从与液相互溶到与液相分离的状态的可逆转变，进而实现两亲性温敏有机高分子薄膜从透明到非透明状态的可逆转变。当所述冷却系统控制所述温敏高分子玻璃响应层的温度低于最低共溶温度时，所述温敏高分子玻璃响应层是透明状态。当所述温控加热系统控制所述温敏高分子玻璃响应层的温度高于最低共溶温度时，所述温敏高分子玻璃响应层是非透明状态。从而，通过所述冷却系统与所述温控加热系统可以实现所述温敏高分子玻璃响应层在透明和非透明状态的转变。

因此，本申请提供的所述温控玻璃装置中通过所述冷却系统与所述温控加热系统可以实现对所述温敏高分子玻璃响应层的温度进行调控，从而实现了玻璃在透明和非透明状态之间的转变。并且，相比于传统的玻璃，本申请提供的所述温控玻璃装置具有成本低，重复使用性好，智能程度高，无污染等优点。通过本申请提供的所述温控玻璃装置，可以对个人的隐私进行保护，可以广泛应用于智能窗户、汽车窗户以及居家窗户等领域，能够替代传统的玻璃，窗帘，百叶窗等，具有良好的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。

图1为本申请提供的一个实施例中温控玻璃装置的整体结构示意图。

图2为本申请提供的另一个实施例中温控玻璃装置的整体结构示意图。

图3为本申请提供的温敏高分子玻璃响应层的整体结构示意图。

图4为本申请提供的温控加热系统的工作原理图。

附图标记说明：

温控玻璃装置100、温敏高分子玻璃响应层10、冷却系统20、温控加热系统30、冷却结构210、冷却控制结构220、第一玻璃110、第二玻璃120、温敏高分子薄膜130、温度检测装置310、控制器320、加热装置330、加热开关340、冷却管路221、驱动结构222、冷却开关230。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

请参见图1与图2，本申请提供一种温控玻璃装置100，所述温控玻璃装置100包括温敏高分子玻璃响应层10、冷却系统20以及温控加热系统30。所述冷却系统20包括冷却结构210与冷却控制结构220。所述冷却控制结构220与所述冷却结构210连接。所述温敏高分子玻璃响应层10设置于所述冷却结构210的表面。所述冷却控制结构220控制所述冷却结构210对所述温敏高分子玻璃响应层10进行降温。所述温控加热系统30设置于所述冷却结构210的内部。或者所述温控加热系统30设置于所述温敏高分子玻璃响应层10的表面。所述温控加热系统30用于对所述温敏高分子玻璃响应层10进行加热。

本实施例中，所述冷却系统20用于实现对所述温敏高分子玻璃响应层10的快速冷却，进而使得所述温敏高分子玻璃响应层10的温度降低。所述温控加热系统30用于实现对所述温敏高分子玻璃响应层10的快速加热，进而使得所述温敏高分子玻璃响应层10的温度升高。通过所述冷却系统20与所述温控加热系统30可以使得所述温敏高分子玻璃响应层10的温度进行变化。

此时，所述温敏高分子玻璃响应层10具有两亲性的温敏有机高分子，温敏有机高分子设置在玻璃的表面。在温度的刺激下，能够实现从与液相互溶到与液相分离的状态的可逆转变，进而实现两亲性温敏有机高分子薄膜从透明到非透明状态的可逆转变。当所述冷却系统20控制所述温敏高分子玻璃响应层10的温度低于最低共溶温度时，所述温敏高分子玻璃响应层10是透明状态。当所述温控加热系统30控制所述温敏高分子玻璃响应层10的温度高于最低共溶温度时，所述温敏高分子玻璃响应层10是非透明状态。从而，通过所述冷却系统20与所述温控加热系统30可以实现所述温敏高分子玻璃响应层10在透明和非透明状态的转变。

因此，本申请提供的所述温控玻璃装置100中通过所述冷却系统20与所述温控加热系统30可以实现对所述温敏高分子玻璃响应层10的温度进行调控，从而实现了玻璃在透明和非透明状态之间的转变。并且，相比于传统的玻璃，本申请提供的所述温控玻璃装置100具有成本低，重复使用性好，智能程度高，无污染等优点。通过本申请提供的所述温控玻璃装置100，可以对个人的隐私进行保护，可以广泛应用于智能窗户、汽车窗户以及居家窗户等领域，能够替代传统的玻璃，窗帘，百叶窗等，具有良好的应用前景。

请参见图3，在一个实施例中，所述温敏高分子玻璃响应层10包括第一玻璃110、第二玻璃120以及温敏高分子薄膜130。所述第二玻璃120与所述第一玻璃110相对设置。所述温敏高分子薄膜130设置于所述第一玻璃110与所述第二玻璃120之间。

本实施例中，所述温敏高分子玻璃响应层10包括在温度作用下能够从透明到不透明状态自由转换的所述温敏高分子薄膜130和玻璃载体层所述第一玻璃110和所述第二玻璃120。所述温敏高分子薄膜130包括聚N-异丙基丙烯酰(PINPAM)，平均相对分子质量是300000、甲基纤维素(MC)、羟基丙基纤维素(HPC)、聚(2-羧基异丙基丙烯酰胺)(PCIPAAM)、聚乙烯醇(PVA)以及聚氨酯(PU)等。

所述温敏高分子薄膜130设置于所述第一玻璃110与所述第二玻璃120之间。此时，所述第一玻璃110与所述第二玻璃120的相对两个表面上均设置有所述温敏高分子薄膜130。当所述冷却系统20和所述温控加热系统30对所述第一玻璃110或所述第二玻璃120进行加热时，可以使得所述温敏高分子薄膜130的温度发生变化。当所述温敏高分子薄膜130的温度低于最低共溶温度时，所述第一玻璃110与所述第二玻璃120是透明状态。当所述温敏高分子薄膜130的温度高于最低共溶温度时，所述第一玻璃110与所述第二玻璃120是非透明状态。从而，所述第一玻璃110与所述第二玻璃120可以在透明和非透明状态之间进行转变。

在一个实施例中，所述温敏高分子玻璃响应层10的制备方法是将聚合物加热溶于有机液体中，形成浓稠的溶液。将含有温敏高分子溶液旋涂在玻璃上干燥获得温敏高分子薄膜。或者将有温敏高分子溶液在模具中制成薄膜，再转移到玻璃表面形成温敏高分子薄膜。所述温敏高分子薄膜130的特征是在低于最低共溶温度下，与水或者其他溶剂相溶呈透明的溶胶状态。所述温敏高分子薄膜130在高于最低共溶温度下，与水或者其他溶剂分离而呈非透明的凝胶状态。

因此，所述温敏高分子玻璃响应层10在加热状态下，所述第一玻璃110与所述第二玻璃120呈非透明状。所述温敏高分子玻璃响应层10在冷却状态下，所述第一玻璃110与所述第二玻璃120呈透明状。通过所述温敏高分子薄膜130在温度控制条件下在透明与非透明状态可逆转变的性质，从而制备出能够在透明与非透明自由切换的所述第一玻璃110与所述第二玻璃120。

在一个实施例中，所述温敏高分子玻璃响应层10的制备方法具体包括将0.2g聚N-异丙基丙烯酰胺加热溶于3mL四氢呋喃中，形成较为浓稠的溶液。将含有温敏高分子溶液旋涂在玻璃上干燥获得温敏高分子薄膜，或者将有温敏高分子溶液在模具中制成薄膜，再转移到玻璃表面形成温敏高分子薄膜。所述温敏高分子薄膜130的特征是在低于最低共溶温度32.5℃时，与水相溶呈透明的溶胶状态，而高于最低共溶温度32.5℃时，与水分离而呈非透明的凝胶状态。

在一个实施例中，所述温敏高分子薄膜130的厚度为100μm-500μm。

在一个实施例中，所述温敏高分子薄膜130的厚度为200μm。通过对所述温敏高分子薄膜130的厚度进行设置，可以使得所述温敏高分子玻璃响应层10的温度灵敏性更高，更有利于所述温敏高分子玻璃响应层10在透明状态与非透明状态之间进行转换。

请参见图4，在一个实施例中，所述温控加热系统30包括温度检测装置310与控制器320。所述温度检测装置310设置于所述冷却结构210的内部。或者所述温度检测装置310设置于所述温敏高分子玻璃响应层10的表面。所述温度检测装置310用于实时检测所述温敏高分子玻璃响应层10的温度。所述控制器320的检测端与所述温度检测装置310连接。所述控制器320用于获取所述温敏高分子玻璃响应层10的温度，并根据所述温敏高分子玻璃响应层10的温度与阈值温度进行比较。

本实施例中，所述温度检测装置310可以为贴片式热电偶或者温度传感器等，用于实时获取所述温敏高分子玻璃响应层10的温度。具体地，所述温度检测装置310可以设置于所述冷却结构210的内部或者所述温敏高分子玻璃响应层10的表面，能够获得所述温敏高分子玻璃响应层10的温度即可。

所述控制器320主要包括显示电路、逻辑电路、继电器、温度输入电路、负载输出端等。具体地，所述控制器320可以为单片机。所述控制器320利用所述温度检测装置310回传所述温敏高分子玻璃响应层10的实时测量温度，与逻辑电路中设定的阈值温度相比较，再由继电器控制负载端的通断来给所述温敏高分子玻璃响应层10进行加热，来达到目标温度(即设定的阈值温度)。具体地，目标温度(即设定的阈值温度)可以为上述实施例中提到的最低共溶温度。

在一个实施例中，所述温控加热系统30还包括加热装置330。所述加热装置330设置于所述冷却结构210的内部。或者所述加热装置330设置于所述温敏高分子玻璃响应层10的表面。所述控制器320的负载正极端与所述加热装置330连接，用于根据所述阈值温度，控制所述加热装置330对所述温敏高分子玻璃响应层10进行加热。且所述控制器320的负载负极端与电源负极连接。

本实施例中，所述加热装置330可以为加热丝。所述加热装置330设置于所述冷却结构210的内部，或者设置于所述温敏高分子玻璃响应层10的表面，用于实现对所述温敏高分子玻璃响应层10进行加热。所述温敏高分子玻璃响应层10的非透明状态条件是设定目标温度(即设定的阈值温度)为35℃，闭合加热开关340，通过加热装置330对所述温敏高分子玻璃响应层10进行加热，并使得温度保持在35℃左右。此时，聚N-异丙基丙烯酰胺所述温敏高分子玻璃响应层10呈非透明状态。

同时，通过贴片式热电偶实时采集所述温敏高分子玻璃响应层10的温度，来反馈判断是否达到设定的目标温度(即设定的阈值温度)。如果低于设定的目标温度(即设定的阈值温度)，所述控制器320控制负载输出端的继电器导通，通过加热丝给所述冷却结构210内的冷却介质进行加热。如果高于设定的目标温度(即设定的阈值温度)，所述控制器320控制继电器断开，对所述温敏高分子玻璃响应层10进行降温。其中，设定的目标温度(即设定的阈值温度)调控误差为0.5℃。

在一个实施例中，所述温控加热系统30还包括加热开关340。所述加热开关340的一端与所述加热装置330连接。所述加热开关340的另一端与电源正极连接。所述控制器320的负极端与电源负极连接。所述控制器320的正极端与电源正极连接。

本实施例中，通过所述加热开关340可以控制所述温控加热系统30的开启。所述加热装置330为加热丝，所述加热开关340一端与加热丝连接。所述加热开关340的另一端与电源正极连接。

在一个实施例中，所述冷却控制结构220包括冷却管路221与驱动结构222。所述冷却结构210的冷却介质出口端与所述驱动结构222通过所述冷却管路221连接。所述冷却结构210的冷却介质入口端与所述驱动结构222通过所述冷却管路221连接。

本实施例中，所述冷却管路221用于流通冷却介质，冷却介质可以为水。所述驱动结构222可以为蠕动泵。所述冷却结构210可以为冷却水箱。蠕动泵分别与冷却水箱的冷却水出口端和冷却水箱的冷却水入口端连通，可以实现冷却水的流动。

所述温敏高分子玻璃响应层10的透明状态是给聚N-异丙基丙烯酰胺温敏高分子薄膜响应层10后面的冷却水箱通冷却水，使温度降低至32.5℃以下，所述温敏高分子玻璃响应层10呈透明状态。

因此，通过所述冷却结构210、所述冷却管路221以及所述驱动结构222，可以实现对所述温敏高分子玻璃响应层10的快速冷却，实现对所述温敏高分子玻璃响应层10的降温。

在一个实施例中，所述冷却系统20还包括冷却开关230。所述冷却开关230的一端与所述驱动结构222的正极端连接。所述冷却开关230的另一端与电源正极连接。所述驱动结构222的负极端与电源负极连接。

本实施例中，所述冷却开关230可以控制所述冷却系统20的开启。所述冷却开关230的一端与蠕动泵的正极端连接，所述冷却开关230的另一端与电源正极连接。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种温控玻璃装置，其特征在于，包括：

冷却系统(20)，包括冷却结构(210)与冷却控制结构(220)，所述冷却控制结构(220)与所述冷却结构(210)连接；

温敏高分子玻璃响应层(10)，设置于所述冷却结构(210)的表面，所述冷却控制结构(220)控制所述冷却结构(210)对所述温敏高分子玻璃响应层(10)进行降温；

温控加热系统(30)，设置于所述冷却结构(210)的内部，或者所述温控加热系统(30)设置于所述温敏高分子玻璃响应层(10)的表面，所述温控加热系统(30)用于对所述温敏高分子玻璃响应层(10)进行加热。

2.根据权利要求1所述的温控玻璃装置，其特征在于，所述温敏高分子玻璃响应层(10)包括：

第一玻璃(110)；

第二玻璃(120)，与所述第一玻璃(110)相对设置；

温敏高分子薄膜(130)，设置于所述第一玻璃(110)与所述第二玻璃(120)之间。

3.根据权利要求1所述的温控玻璃装置，其特征在于，所述温控加热系统(30)包括：

温度检测装置(310)，设置于所述冷却结构(210)的内部，或者所述温度检测装置(310)设置于所述温敏高分子玻璃响应层(10)的表面，所述温度检测装置(310)用于实时检测所述温敏高分子玻璃响应层(10)的温度；

控制器(320)，所述控制器(320)的检测端与所述温度检测装置(310)连接，所述控制器(320)用于获取所述温敏高分子玻璃响应层(10)的温度，并根据所述温敏高分子玻璃响应层(10)的温度与阈值温度进行比较。

4.根据权利要求3所述的温控玻璃装置，其特征在于，所述温控加热系统(30)还包括：

加热装置(330)，设置于所述冷却结构(210)的内部，或者所述加热装置(330)设置于所述温敏高分子玻璃响应层(10)的表面；

所述控制器(320)的负载正极端与所述加热装置(330)连接，用于根据所述阈值温度，控制所述加热装置(330)对所述温敏高分子玻璃响应层(10)进行加热，且所述控制器(320)的负载负极端与电源负极连接。

5.根据权利要求4所述的温控玻璃装置，其特征在于，所述温控加热系统(30)还包括加热开关(340)；

所述加热开关(340)的一端与所述加热装置(330)连接，所述加热开关(340)的另一端与电源正极连接；

所述控制器(320)的负极端与电源负极连接，所述控制器(320)的正极端与电源正极连接。

6.根据权利要求1所述的温控玻璃装置，其特征在于，所述冷却控制结构(220)包括冷却管路(221)与驱动结构(222)；

所述冷却结构(210)的冷却介质出口端与所述驱动结构(222)通过所述冷却管路(221)连接；

所述冷却结构(210)的冷却介质入口端与所述驱动结构(222)通过所述冷却管路(221)连接。

7.根据权利要求6所述的温控玻璃装置，其特征在于，所述冷却系统(20)还包括冷却开关(230)；

所述冷却开关(230)的一端与所述驱动结构(222)的正极端连接，所述冷却开关(230)的另一端与电源正极连接；

所述驱动结构(222)的负极端与电源负极连接。

8.根据权利要求6所述的温控玻璃装置，其特征在于，所述驱动结构(222)为蠕动泵。

9.根据权利要求2所述的温控玻璃装置，其特征在于，所述温敏高分子薄膜(130)的厚度为100μm-500μm。

10.根据权利要求4所述的温控玻璃装置，其特征在于，所述温度检测装置(310)为贴片热电偶，所述加热装置(330)为加热丝。