一种负热膨胀式热电开关

1.本发明涉及热流通路控制技术领域，尤其涉及一种负热膨胀式热电开关。


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，通常使用热电开关对加热温度进行监控，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。热电开关是保证电蓄热装置安全运行的关键部件。
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。其中，双金属片结构加工复杂，需要将两种膨胀系数不同的金属片轧制或是锻压在一起形成。而陶铁磁体式结构较为复杂，主要由硬磁、软磁、动作弹簧、抵紧弹簧、拉杆、杠杆、银触点、操作按键等组成。该陶铁磁体式结构需要在用户使用时按键，无法自动开启加热。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种负热膨胀式热电开关，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负热膨胀式热电开关，包括：
7.固定元件、移动元件、热负载和负热膨胀元件；
8.所述负热膨胀元件的第一端与所述固定元件连接，所述负热膨胀元件的第二端与所述移动元件连接；所述移动元件和所述负热膨胀元件均位于所述热负载和所述固定元件之间，所述移动元件的第一端与所述固定元件相接触，所述移动元件的第二端在所述负热膨胀元件的温度低于预设值时与所述热负载相接触。
9.根据本发明一个实施例的负热膨胀式热电开关，所述移动元件的第二端在所述负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负热膨胀式热电开关，所述负热膨胀元件在设定的温度范围内热缩冷胀，所述负热膨胀元件低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接触。
11.根据本发明一个实施例的负热膨胀式热电开关，所述负热膨胀元件高温收缩至小于预设长度时，所述移动元件与所述热负载断开。
12.根据本发明一个实施例的负热膨胀式热电开关，所述负热膨胀元件中设有与所述移动元件相适配的通道，所述通道中设有用于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负热膨胀元件连接。
13.根据本发明一个实施例的负热膨胀式热电开关，所述移动元件包括：横向结构和纵向结构；所述横向结构固定在所述凹槽中；所述纵向结构位于所述通道中，所述纵向结构的第一端与所述横向结构连接，所述纵向结构的第二端与所述固定元件相接触。
14.本发明实施例还提供一种负热膨胀式热电开关，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。
15.根据本发明一个实施例的负热膨胀式热电开关，所述移动元件和所述热负载由导热性能良好的金属材料制成。
16.根据本发明一个实施例的负热膨胀式热电开关，所述移动元件和所述热负载由金、银或铜中的任一种制成。
17.根据本发明一个实施例的负热膨胀式热电开关，所述负热膨胀元件由负热膨胀材料制成。
18.本发明提供的负热膨胀式热电开关，采用负热膨胀元件作为连接件，分别与热负载和固定元件连接，利用负热膨胀元件在低温下膨胀，高温下收缩的特性，改变热负载与移动元件之间的距离，可根据温度自动控制加热过程的开启与结束，无需额外的启动/关闭按钮，实现电流通路的导通与断开，可随时感应加热温度，避免过热，有效提高其控制的电蓄热装置的安全性。
附图说明
19.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。
20.图1是本发明实施例提供的负热膨胀式热电开关连通状态示意图；
21.图2是本发明实施例提供的负热膨胀式热电开关断开状态示意图；
22.1、热负载；2、移动元件；3、负热膨胀元件；4、固定元件。
具体实施方式
23.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。
24.下面结合图1和图2描述本发明实施例提供的负热膨胀式热电开关，该负热膨胀式热电开关包括：固定元件4、移动元件2、热负载1和负热膨胀元件3。
25.热负载1与固定元件4处于固定位置，无法移动，移动元件2是可以移动的部件。负热膨胀元件3的第一端与固定元件4连接，负热膨胀元件3的第二端与移动元件2连接。移动元件2和负热膨胀元件3均位于热负载1和固定元件4之间，移动元件2的第一端与固定元件4相接触。移动元件2的第二端在负热膨胀元件3的温度低于预设值时与热负载1相接触，此时
如图1所示，热电开关处于连通状态。
26.移动元件2的第二端在负热膨胀元件的温度高于预设值时与热负载断开，此时如图2所示，热电开关处于断开状态。
27.本实施例提供的负热膨胀式热电开关在闭合状态下，如图1所示，移动元件2与热负载1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2的温度升高至设定值时，热量通过移动元件2传递至负热膨胀元件3，负热膨胀元件3升温收缩，带动移动元件2远离热负载1，在移动元件2与热负载1之间产生间隙，切断电流通路，电蓄热装置关闭，加热过程停止。当移动元件2的温度低于设定值时，与其热接触的负热膨胀元件3的温度较低，负热膨胀元件3开始膨胀，长度增加，由于一端已经与固定元件4连接，无法移动，负热膨胀元件3推动移动元件2与热负载1接触，电流通路导通，电蓄热装置启动，热负载1再次被加热，并将热量传递给移动元件2，将移动元件2加热至设定值，热量通过移动元件2传递至负热膨胀元件3，负热膨胀元件3再次升温收缩，如此根据负热膨胀元件3的热缩冷胀特性，可以实现自动开关/闭合，无需外部人工检测与操作。
28.本发明实施例提供的负热膨胀式热电开关，采用负热膨胀元件作为连接件，分别与热负载和固定元件连接，利用负热膨胀元件在低温下膨胀，高温下收缩的特性，改变热负载与移动元件之间的距离，可根据温度自动控制加热过程的开启与结束，无需额外的启动/关闭按钮，实现电流通路的导通与断开，可随时感应加热温度，避免过热，有效提高其控制的电蓄热装置的安全性。
29.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，负热膨胀元件3由负热膨胀材料制成。这类材料在一定温区内，平均线膨胀系数或体膨胀系数为负值，具有热缩冷胀特性。负热膨胀元件3在设定的温度范围内热缩冷胀，负热膨胀元件3低温膨胀至大于等于预设长度时，移动元件2与热负载1相接触。负热膨胀元件3高温收缩至小于预设长度时，移动元件2与热负载1断开。
30.对应地，热负载1与移动元件2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。
31.负热膨胀元件3作为连接件与移动元件2的连接方式不限，以简单、可靠、有效避免连接件与热负载1接触为主要要求。
32.本实施例中，负热膨胀元件3中设有与移动元件2相适配的通道，通道中设有用于连接移动元件2的凹槽。移动元件2穿过通道，移动元件2通过凹槽与负热膨胀元件3连接。为保证开关的可靠灵敏性，凹槽一般设置在通道的敞口处，可避免负热膨胀元件3与热负载1接触传热。
33.其中，移动元件2包括：横向结构和纵向结构。横向结构固定在凹槽中，用于固定整个移动元件2的位置。纵向结构为活动端，位于通道中，用于连通横向结构与固定元件4。纵向结构的第一端与横向结构连接，纵向结构的第二端与固定元件4相接触。
34.对应地，固定元件4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。在负热膨胀元件3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.此外，需要说明的是，负热膨胀元件3可选用不同的负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。
36.综上所述，本发明实施例提供的负热膨胀式热电开关，其结构区别于现有技术仅
包括固定元件、移动元件、热负载和负热膨胀元件四个部件。结构简单，加工便捷。
37.其次，该热电开关采用负热膨胀元件作为连接件，分别与热负载和固定元件连接，利用负热膨胀元件在低温下膨胀，高温下收缩的特性，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开启与停止。
38.此外，采用负热膨胀元件的热电开关结构简单，可根据温度自动控制加热过程的开启与结束，无需额外的启动/关闭按钮，可随时感应加热温度，避免过热，有效提高了其控制的电蓄热装置的安全性。
39.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。