一種基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器及設(shè)備限溫方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了屬于設(shè)備溫度保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域的一種基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器及限溫方法。該基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器是一種自動(dòng)往復(fù)式設(shè)備限溫器；由密封蓋和主腔體密封連接組成；在主腔體內(nèi)，空氣腔和液體腔由微細(xì)通道連通；在主腔體表面，微細(xì)通道中部鍍一層導(dǎo)電金屬鍍層，在微細(xì)通道的導(dǎo)電金屬鍍層段內(nèi)充可自由移動(dòng)的液態(tài)導(dǎo)電工質(zhì)。限溫器與設(shè)備串聯(lián)，液體腔內(nèi)的絕緣液態(tài)工質(zhì)根據(jù)設(shè)備溫度可氣化或冷凝，改變液態(tài)導(dǎo)電工質(zhì)在微細(xì)通道內(nèi)的位置，導(dǎo)致導(dǎo)電工質(zhì)與金屬鍍層脫離與連接，控制限溫器與設(shè)備電路處于斷路或復(fù)位狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備啟停。設(shè)備可以自動(dòng)往復(fù)式工作，整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)單可靠；在惡劣環(huán)境下工作，具有經(jīng)濟(jì)安全等優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】
一種基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器及設(shè)備限溫方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于設(shè)備溫度保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種自動(dòng)往復(fù)式設(shè)備限溫器及限 溫方法，具體說(shuō)是基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器及限溫方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力促進(jìn)了人類社會(huì)的發(fā)展，在工作生活中接觸到各種各種的電力設(shè)備。在實(shí)際 運(yùn)行使用過(guò)程中，電力設(shè)備很容易會(huì)出現(xiàn)各種故障，給人類帶來(lái)傷害或是災(zāi)難。雖然電力設(shè) 備經(jīng)常出現(xiàn)保險(xiǎn)熔斷、跳閘等保護(hù)，但是嚴(yán)重時(shí)可能燒壞電器，使人觸電，引起火災(zāi)，造成財(cái) 產(chǎn)損失和生命安全威脅等。因此，如何提高電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行成為電力工作者解決 的重要內(nèi)容。目前常用的保護(hù)器，如電閘、可熔斷導(dǎo)電絲等需要電力人員定期維護(hù)、更換等， 增加了工作量和不安全因素，特別是在惡劣環(huán)境中?；谝簯B(tài)金屬的設(shè)備限溫器可根據(jù)設(shè) 備工作要求溫度加工制作，安裝在設(shè)備部件對(duì)溫度有限制要求的部位，通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備 運(yùn)行溫度對(duì)設(shè)備啟停進(jìn)行控制，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前，在微細(xì)通道設(shè)備加工制作等 方面技術(shù)成熟，初投資和維護(hù)費(fèi)用等較低。因此，發(fā)展應(yīng)用基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器技術(shù) 對(duì)我國(guó)電力行業(yè)設(shè)備安全運(yùn)行具有重要意義。本發(fā)明創(chuàng)造出一種基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫 器的關(guān)鍵技術(shù)，可應(yīng)用于電力行業(yè)各類設(shè)備，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003] 在圖1中基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器核心部分2主腔體由微細(xì)通道連接的空氣腔 和絕緣液體腔體構(gòu)成，在微細(xì)通道7的中部充注液態(tài)導(dǎo)電工質(zhì)5,微細(xì)通道的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于液 體導(dǎo)電工質(zhì)的長(zhǎng)度，兩側(cè)為充注空氣腔體3和達(dá)到一定溫度可氣化的絕緣液體腔體6;在微 細(xì)通道中部位置鍍一層導(dǎo)電金屬鍍層4,當(dāng)液態(tài)導(dǎo)電金屬與金屬鍍層接觸時(shí)，電路閉合。限 溫器的密封蓋1主要用于密封，防止腔體內(nèi)氣體與液體泄漏。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提出一種基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器及限溫方法，其特征在于， 該基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器由密封蓋和主腔體密封連接組成;在主腔體內(nèi)，空氣腔和液 體腔由微細(xì)通道連通;在主腔體表面，微細(xì)通道中部且與之垂直的方向鍍一層導(dǎo)電金屬鍍 層，金屬鍍層寬度與導(dǎo)電液體工質(zhì)長(zhǎng)度相等;在微細(xì)通道的導(dǎo)電金屬鍍層段內(nèi)充一段可自 由移動(dòng)的導(dǎo)電工質(zhì)液體，作為限溫器與設(shè)備控制器的串聯(lián)電路導(dǎo)電介質(zhì)；同時(shí)導(dǎo)電工質(zhì)液 體也依靠自身表面張力的作用起到隔斷空氣腔和液體腔的目的;在空氣腔體中充注受熱后 體積膨脹較小的空氣，在液體腔內(nèi)充注達(dá)到一定溫度可氣化的絕緣液態(tài)工質(zhì)。
[0005] 所述空氣腔體體積比液體腔體體積大2-3倍。
[0006] 所述可氣化的液態(tài)工質(zhì)為去離子水、FC72等，所述導(dǎo)電工質(zhì)液體為液態(tài)汞、銦鎵合 金等，其可氣化的液態(tài)工質(zhì)的氣化溫度遠(yuǎn)低于導(dǎo)電工質(zhì)液體的氣化溫度。
[0007] 所述限溫器的密封蓋和主腔體均采用導(dǎo)熱系數(shù)大、不導(dǎo)電且不與液態(tài)金屬及充注 液體發(fā)生反應(yīng)的材料制作。
[0008] 所述限溫器密封蓋和主腔體的制作材料為陶瓷或玻璃。
[0009] 所述在微細(xì)通道的導(dǎo)電金屬鍍層段內(nèi)充一段可自由移動(dòng)的導(dǎo)電工質(zhì)液體，微細(xì)通 道的當(dāng)量直召
其中σ為氣液界面張力，Pc和R分別是液態(tài)導(dǎo)電工質(zhì)為蒸汽 和液體時(shí)的密度，g為重力加速度。
[0010] -種基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器的設(shè)備限溫方法，其特征在于，將限溫器固定在 設(shè)備上的發(fā)熱部位，限溫器通過(guò)導(dǎo)電金屬鍍層與設(shè)備控制器串聯(lián)；當(dāng)設(shè)備正常工作在允許 溫度范圍時(shí)，電流通過(guò)限溫器導(dǎo)電金屬鍍層和液態(tài)導(dǎo)電工質(zhì)，電路處于閉合狀態(tài)；當(dāng)溫度超 過(guò)設(shè)備設(shè)定值時(shí)，液體腔內(nèi)充注的絕緣液態(tài)工質(zhì)達(dá)到沸點(diǎn)而發(fā)生氣液相變，導(dǎo)致體積急劇 膨脹，推動(dòng)微細(xì)通道內(nèi)的液態(tài)導(dǎo)電工質(zhì)往空氣腔方向移動(dòng)，導(dǎo)致液態(tài)導(dǎo)電工質(zhì)與金屬鍍層 脫離，限溫器與設(shè)備電路處于斷路狀態(tài)，設(shè)備停止工作，達(dá)到保護(hù)設(shè)備的要求;設(shè)備溫度降 低后，液體腔內(nèi)的工質(zhì)發(fā)生冷凝而體積收縮，液態(tài)導(dǎo)電金屬?gòu)?fù)位到初始工作位置，電路復(fù)位 為連接狀態(tài)，設(shè)備重新啟動(dòng)。
[0011] 所述微細(xì)通道的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于導(dǎo)電工質(zhì)液體的長(zhǎng)度，在工作狀態(tài)下，導(dǎo)電工質(zhì)液體 在微細(xì)通道中靠近液體腔的一側(cè)，保證導(dǎo)電液態(tài)工質(zhì)始終在液體腔內(nèi)往復(fù)工作；由于空氣 腔體積比液體腔體積大2-3倍，則保證在絕緣液體工質(zhì)開(kāi)始?xì)饣瘯r(shí)推動(dòng)微細(xì)通道中液態(tài)導(dǎo) 電工質(zhì)液體向空氣側(cè)移動(dòng)，并在與導(dǎo)電金屬鍍層脫離后絕緣液體工質(zhì)停止氣化，提高限溫 器的靈敏度和可靠性。
[0012] 本發(fā)明所提出的一種基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器的優(yōu)點(diǎn)在于限溫器液體腔內(nèi)充 注的液體可隨設(shè)備溫度變化而發(fā)生氣化或冷凝，推動(dòng)微細(xì)通道中液態(tài)導(dǎo)電金屬往復(fù)式運(yùn) 動(dòng)，使限溫器自動(dòng)處于斷路或復(fù)位狀態(tài)，控制設(shè)備啟停工作。絕緣液態(tài)工質(zhì)的沸點(diǎn)根據(jù)設(shè)備 工作最高溫度限制選擇。限溫器整個(gè)工作過(guò)程簡(jiǎn)單可靠，由于限溫器的工作特點(diǎn)，適合在惡 劣環(huán)境下工作，同時(shí)現(xiàn)代加工等技術(shù)可達(dá)到限溫器在加工、密封等方面的要求，具有經(jīng)濟(jì)安 全的特點(diǎn)。該創(chuàng)新型限溫器，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)往復(fù)式工作的同時(shí)，具有經(jīng)濟(jì)安全及惡劣環(huán)境下工 作等優(yōu)勢(shì)，可廣闊的應(yīng)用于對(duì)溫度有限制要求的電力設(shè)備中。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器示意圖。
[0014] 圖2為圖1截面A-A剖面圖。
[0015]圖3為限溫器核心部件工作原理示意圖
[0016] 附圖標(biāo)記說(shuō)明：1-密封蓋，2-主腔體.，3-空氣腔，4-導(dǎo)電金屬鍍層，5-導(dǎo)電液態(tài)工 質(zhì)，6-絕緣液體工質(zhì)腔，7-微細(xì)通道，51-斷路時(shí)導(dǎo)電液體工質(zhì)位置，52-復(fù)位時(shí)導(dǎo)電液體工 質(zhì)位置
【具體實(shí)施方式】
[0017] 本發(fā)明提出一種基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器及限溫方法，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0018] 如圖1所示基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器示意圖，圖2為圖IA-A截面剖面圖，圖3為限 溫器工作原理示意圖。
[0019] 在圖1、圖2所示的基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器由密封蓋1和主腔體2密封連接組 成;在主腔體2內(nèi)，空氣腔3和絕緣液體工質(zhì)腔6由微細(xì)通道7連通;空氣腔體積比液體腔體積 大2-3倍;在主體腔表面，微細(xì)通道中部鍍一層與微細(xì)通道垂直的導(dǎo)電金屬鍍層4，寬度與導(dǎo) 電工質(zhì)液體的長(zhǎng)度相等。在微細(xì)通道7的中部充一段可自由移動(dòng)的導(dǎo)電工質(zhì)液體5,是限溫 器與設(shè)備控制器的串聯(lián)電路導(dǎo)電介質(zhì)，正常工作時(shí)與金屬鍍層良好接觸；同時(shí)導(dǎo)電工質(zhì)液 體5也依靠自身表面張力的作用起到隔斷空氣腔3和液體腔6的目的，在空氣腔體3中充注受 熱后體積膨脹較小的空氣，在液體腔體6內(nèi)充注達(dá)到一定溫度可氣化的絕緣液體工質(zhì)。限溫 器的密封蓋1主要用于導(dǎo)熱和密封，防止主腔體2內(nèi)氣體與液體泄漏。
[0020] 所述限溫器的密封蓋1和主腔體2采用導(dǎo)熱系數(shù)大、不導(dǎo)電且不與液態(tài)金屬及充注 液體發(fā)生反應(yīng)的材料(陶瓷或玻璃)制作。
[0021] 基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器的限溫原理:將限溫器固定在設(shè)備上的發(fā)熱部位，限 溫器通過(guò)導(dǎo)電金屬鍍層4與設(shè)備控制器串聯(lián)；當(dāng)設(shè)備正常工作在允許溫度范圍之內(nèi)時(shí)，電流 通過(guò)導(dǎo)電金屬鍍層4和導(dǎo)電工質(zhì)液體5,限溫器與設(shè)備的電路處于閉合狀態(tài)；當(dāng)溫度超過(guò)設(shè) 備設(shè)定值時(shí)，限溫器中液體腔內(nèi)絕緣液態(tài)工質(zhì)6溫度快速升高到沸點(diǎn)，發(fā)生氣液相變，液體 腔內(nèi)壓力比空氣腔內(nèi)壓力增大的快，因此導(dǎo)電工質(zhì)液體5向空氣腔3-側(cè)移動(dòng)，導(dǎo)致導(dǎo)電工 質(zhì)液體5與導(dǎo)電金屬鍍層4脫離，即處于圖3所示中51位置；限溫器與設(shè)備電路處于斷路狀 態(tài)，設(shè)備停止工作，達(dá)到保護(hù)設(shè)備的要求;溫度降低后，絕緣汽態(tài)蒸汽冷凝變?yōu)橐簯B(tài)，壓力降 低，導(dǎo)電工質(zhì)液體5回到初始位置52，電路復(fù)位為連接狀態(tài)，設(shè)備重新啟動(dòng)。
[0022] 微細(xì)通道7的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于導(dǎo)電工質(zhì)液體5長(zhǎng)度，在工作狀態(tài)下，如圖3中所示導(dǎo)電工 質(zhì)液體5在微細(xì)通道中靠近液體腔的一側(cè)，保證液態(tài)金屬始終在液體腔內(nèi)往復(fù)工作。充注空 氣的腔體體積比液體腔體體積大2-3倍，可保證絕緣液體在開(kāi)始?xì)饣瘯r(shí)推動(dòng)液體金屬向空 氣側(cè)移動(dòng)，并在與金屬鍍層脫離后停止氣化，提高限溫器的靈敏度和可靠性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器，其特征在于，該液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器是一種自 動(dòng)往復(fù)式設(shè)備限溫器；由密封蓋和主腔體密封連接組成;在主腔體內(nèi)，空氣腔和液體腔由微 細(xì)通道連通;在主腔體表面與微細(xì)通道垂直的中部位置鍍一層導(dǎo)電金屬鍍層，在微細(xì)通道 的導(dǎo)電金屬鍍層段內(nèi)充一段可自由移動(dòng)的液態(tài)導(dǎo)電工質(zhì)，作為限溫器與設(shè)備控制器的串聯(lián) 電路導(dǎo)電介質(zhì)；同時(shí)液態(tài)導(dǎo)電工質(zhì)也依靠自身表面張力的作用起到隔斷空氣腔和液體腔的 目的；在空氣腔體中充注受熱后體積膨脹較小的空氣，在液體腔內(nèi)充注達(dá)到一定溫度可發(fā) 生氣液相變的絕緣液體工質(zhì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器，其特征在于，所述空氣腔體體 積比液體腔體體積大2-3倍。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器，其特征在于，所述可氣化的絕 緣液體工質(zhì)為去離子水、FC72等，可根據(jù)限溫器的工作溫度范圍選擇合適的絕緣工質(zhì)，其匹 配原則為設(shè)備部件的最高工作溫度應(yīng)等于該絕緣工質(zhì)的沸點(diǎn)溫度，所述導(dǎo)電工質(zhì)液體為液 態(tài)汞、銦鎵合金等，在限溫器工作溫度范圍內(nèi)，液態(tài)導(dǎo)電工質(zhì)均保持液態(tài)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器，其特征在于，所述限溫器的密 封蓋和主腔體均采用導(dǎo)熱系數(shù)大、不導(dǎo)電且不與液態(tài)金屬及充注液體發(fā)生反應(yīng)的材料制 作。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器，其特征在于，所述限溫器密封 蓋和主腔體的制作材料為陶瓷或玻璃。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器，其特征在于，所述在微細(xì)通道 的導(dǎo)電金屬鍍層段內(nèi)充一段可自由移動(dòng)的導(dǎo)電工質(zhì)液體，微細(xì)通道的當(dāng)量直徑，其中σ為氣液界面張力，Pc和R分別是導(dǎo)電液態(tài)工質(zhì)為蒸汽和液體時(shí)的 密度，g為重力加速度。7. -種基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器的設(shè)備限溫方法，其特征在于，將限溫器固定在設(shè) 備上的發(fā)熱部位，限溫器通過(guò)導(dǎo)電金屬鍍層與設(shè)備控制器串聯(lián)；當(dāng)設(shè)備正常工作在允許溫 度范圍之內(nèi)時(shí)，限溫器通過(guò)導(dǎo)電金屬鍍層與設(shè)備的電路處于閉合狀態(tài)，電流通過(guò)導(dǎo)電金屬 鍍層和液態(tài)金屬；當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)備設(shè)定值時(shí)，液體腔內(nèi)的絕緣液態(tài)工質(zhì)達(dá)到沸點(diǎn)而發(fā)生氣 液相變，導(dǎo)致體積急劇膨脹，并將微細(xì)通道內(nèi)的液態(tài)導(dǎo)電工質(zhì)往空氣腔方向推動(dòng)，導(dǎo)致液態(tài) 導(dǎo)電工質(zhì)與金屬鍍層脫離，限溫器與設(shè)備電路處于斷路狀態(tài)，設(shè)備停止工作，達(dá)到保護(hù)設(shè)備 的要求;溫度降低后，液體腔內(nèi)的工質(zhì)發(fā)生冷凝而體積收縮，液態(tài)導(dǎo)電金屬?gòu)?fù)位到初始工作 位置，電路復(fù)位為連接狀態(tài)，設(shè)備重新啟動(dòng)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述一種基于液態(tài)金屬的設(shè)備限溫器的設(shè)備限溫方法，其特征在于， 所述微細(xì)通道的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于導(dǎo)電工質(zhì)液體的長(zhǎng)度，在工作狀態(tài)下，液態(tài)導(dǎo)電工質(zhì)在微細(xì)通 道中靠近液體腔的一側(cè)，保證液態(tài)金屬始終在微通道內(nèi)往復(fù)工作；由于空氣腔體積比液體 腔體積大2-3倍，空氣腔內(nèi)的空氣具有很好的可壓縮性，則保證液體腔內(nèi)的絕緣工質(zhì)汽化膨 脹時(shí)推動(dòng)微細(xì)通道中的液態(tài)導(dǎo)電工質(zhì)液體向空氣側(cè)移動(dòng)，并在與導(dǎo)電金屬鍍層脫離后停止 氣化，提高限溫器的靈敏度和可靠性。
【文檔編號(hào)】H01H37/36GK106057574SQ201610394105
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月6日
【發(fā)明人】劉廣林, 王憲, 徐進(jìn)良, 張偉
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué)