一种基于液态金属的设备限温器及设备限温方法
【专利摘要】本发明公开了属于设备温度保护技术领域的一种基于液态金属的设备限温器及限温方法。该基于液态金属的设备限温器是一种自动往复式设备限温器；由密封盖和主腔体密封连接组成；在主腔体内，空气腔和液体腔由微细通道连通；在主腔体表面，微细通道中部镀一层导电金属镀层，在微细通道的导电金属镀层段内充可自由移动的液态导电工质。限温器与设备串联，液体腔内的绝缘液态工质根据设备温度可气化或冷凝，改变液态导电工质在微细通道内的位置，导致导电工质与金属镀层脱离与连接，控制限温器与设备电路处于断路或复位状态，实现控制设备启停。设备可以自动往复式工作，整个过程简单可靠；在恶劣环境下工作，具有经济安全等优势，具有广阔的应用前景。
【专利说明】
一种基于液态金属的设备限温器及设备限温方法
技术领域
[0001] 本发明属于设备温度保护技术领域，特别是涉及一种自动往复式设备限温器及限 温方法，具体说是基于液态金属的设备限温器及限温方法。
【背景技术】
[0002] 电力促进了人类社会的发展，在工作生活中接触到各种各种的电力设备。在实际 运行使用过程中，电力设备很容易会出现各种故障，给人类带来伤害或是灾难。虽然电力设 备经常出现保险熔断、跳闸等保护，但是严重时可能烧坏电器，使人触电，引起火灾，造成财 产损失和生命安全威胁等。因此，如何提高电力设备的安全稳定运行成为电力工作者解决 的重要内容。目前常用的保护器，如电闸、可熔断导电丝等需要电力人员定期维护、更换等， 增加了工作量和不安全因素，特别是在恶劣环境中。基于液态金属的设备限温器可根据设 备工作要求温度加工制作，安装在设备部件对温度有限制要求的部位，通过自动检测设备 运行温度对设备启停进行控制，保证设备安全稳定运行。目前，在微细通道设备加工制作等 方面技术成熟，初投资和维护费用等较低。因此，发展应用基于液态金属的设备限温器技术 对我国电力行业设备安全运行具有重要意义。本发明创造出一种基于液态金属的设备限温 器的关键技术，可应用于电力行业各类设备，具有广阔的应用前景。
[0003] 在图1中基于液态金属的设备限温器核心部分2主腔体由微细通道连接的空气腔 和绝缘液体腔体构成，在微细通道7的中部充注液态导电工质5,微细通道的长度远大于液 体导电工质的长度，两侧为充注空气腔体3和达到一定温度可气化的绝缘液体腔体6;在微 细通道中部位置镀一层导电金属镀层4,当液态导电金属与金属镀层接触时，电路闭合。限 温器的密封盖1主要用于密封，防止腔体内气体与液体泄漏。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提出一种基于液态金属的设备限温器及限温方法，其特征在于， 该基于液态金属的设备限温器由密封盖和主腔体密封连接组成;在主腔体内，空气腔和液 体腔由微细通道连通;在主腔体表面，微细通道中部且与之垂直的方向镀一层导电金属镀 层，金属镀层宽度与导电液体工质长度相等;在微细通道的导电金属镀层段内充一段可自 由移动的导电工质液体，作为限温器与设备控制器的串联电路导电介质；同时导电工质液 体也依靠自身表面张力的作用起到隔断空气腔和液体腔的目的;在空气腔体中充注受热后 体积膨胀较小的空气，在液体腔内充注达到一定温度可气化的绝缘液态工质。
[0005] 所述空气腔体体积比液体腔体体积大2-3倍。
[0006] 所述可气化的液态工质为去离子水、FC72等，所述导电工质液体为液态汞、铟镓合 金等，其可气化的液态工质的气化温度远低于导电工质液体的气化温度。
[0007] 所述限温器的密封盖和主腔体均采用导热系数大、不导电且不与液态金属及充注 液体发生反应的材料制作。
[0008] 所述限温器密封盖和主腔体的制作材料为陶瓷或玻璃。
[0009] 所述在微细通道的导电金属镀层段内充一段可自由移动的导电工质液体，微细通 道的当量直召
其中σ为气液界面张力，Pc和R分别是液态导电工质为蒸汽 和液体时的密度，g为重力加速度。
[0010] -种基于液态金属的设备限温器的设备限温方法，其特征在于，将限温器固定在 设备上的发热部位，限温器通过导电金属镀层与设备控制器串联；当设备正常工作在允许 温度范围时，电流通过限温器导电金属镀层和液态导电工质，电路处于闭合状态；当温度超 过设备设定值时，液体腔内充注的绝缘液态工质达到沸点而发生气液相变，导致体积急剧 膨胀，推动微细通道内的液态导电工质往空气腔方向移动，导致液态导电工质与金属镀层 脱离，限温器与设备电路处于断路状态，设备停止工作，达到保护设备的要求;设备温度降 低后，液体腔内的工质发生冷凝而体积收缩，液态导电金属复位到初始工作位置，电路复位 为连接状态，设备重新启动。
[0011] 所述微细通道的长度远大于导电工质液体的长度，在工作状态下，导电工质液体 在微细通道中靠近液体腔的一侧，保证导电液态工质始终在液体腔内往复工作；由于空气 腔体积比液体腔体积大2-3倍，则保证在绝缘液体工质开始气化时推动微细通道中液态导 电工质液体向空气侧移动，并在与导电金属镀层脱离后绝缘液体工质停止气化，提高限温 器的灵敏度和可靠性。
[0012] 本发明所提出的一种基于液态金属的设备限温器的优点在于限温器液体腔内充 注的液体可随设备温度变化而发生气化或冷凝，推动微细通道中液态导电金属往复式运 动，使限温器自动处于断路或复位状态，控制设备启停工作。绝缘液态工质的沸点根据设备 工作最高温度限制选择。限温器整个工作过程简单可靠，由于限温器的工作特点，适合在恶 劣环境下工作，同时现代加工等技术可达到限温器在加工、密封等方面的要求，具有经济安 全的特点。该创新型限温器，在实现自动往复式工作的同时，具有经济安全及恶劣环境下工 作等优势，可广阔的应用于对温度有限制要求的电力设备中。
【附图说明】
[0013] 图1为基于液态金属的设备限温器示意图。
[0014] 图2为图1截面A-A剖面图。
[0015]图3为限温器核心部件工作原理示意图
[0016] 附图标记说明：1-密封盖，2-主腔体.，3-空气腔，4-导电金属镀层，5-导电液态工 质，6-绝缘液体工质腔，7-微细通道，51-断路时导电液体工质位置，52-复位时导电液体工 质位置
【具体实施方式】
[0017] 本发明提出一种基于液态金属的设备限温器及限温方法，下面结合附图和具体实 施方式对本发明做进一步详细说明。
[0018] 如图1所示基于液态金属的设备限温器示意图，图2为图IA-A截面剖面图，图3为限 温器工作原理示意图。
[0019] 在图1、图2所示的基于液态金属的设备限温器由密封盖1和主腔体2密封连接组 成;在主腔体2内，空气腔3和绝缘液体工质腔6由微细通道7连通;空气腔体积比液体腔体积 大2-3倍;在主体腔表面，微细通道中部镀一层与微细通道垂直的导电金属镀层4，宽度与导 电工质液体的长度相等。在微细通道7的中部充一段可自由移动的导电工质液体5,是限温 器与设备控制器的串联电路导电介质，正常工作时与金属镀层良好接触；同时导电工质液 体5也依靠自身表面张力的作用起到隔断空气腔3和液体腔6的目的，在空气腔体3中充注受 热后体积膨胀较小的空气，在液体腔体6内充注达到一定温度可气化的绝缘液体工质。限温 器的密封盖1主要用于导热和密封，防止主腔体2内气体与液体泄漏。
[0020] 所述限温器的密封盖1和主腔体2采用导热系数大、不导电且不与液态金属及充注 液体发生反应的材料(陶瓷或玻璃)制作。
[0021] 基于液态金属的设备限温器的限温原理:将限温器固定在设备上的发热部位，限 温器通过导电金属镀层4与设备控制器串联；当设备正常工作在允许温度范围之内时，电流 通过导电金属镀层4和导电工质液体5,限温器与设备的电路处于闭合状态；当温度超过设 备设定值时，限温器中液体腔内绝缘液态工质6温度快速升高到沸点，发生气液相变，液体 腔内压力比空气腔内压力增大的快，因此导电工质液体5向空气腔3-侧移动，导致导电工 质液体5与导电金属镀层4脱离，即处于图3所示中51位置；限温器与设备电路处于断路状 态，设备停止工作，达到保护设备的要求;温度降低后，绝缘汽态蒸汽冷凝变为液态，压力降 低，导电工质液体5回到初始位置52，电路复位为连接状态，设备重新启动。
[0022] 微细通道7的长度远大于导电工质液体5长度，在工作状态下，如图3中所示导电工 质液体5在微细通道中靠近液体腔的一侧，保证液态金属始终在液体腔内往复工作。充注空 气的腔体体积比液体腔体体积大2-3倍，可保证绝缘液体在开始气化时推动液体金属向空 气侧移动，并在与金属镀层脱离后停止气化，提高限温器的灵敏度和可靠性。
【主权项】
1. 一种基于液态金属的设备限温器，其特征在于，该液态金属的设备限温器是一种自 动往复式设备限温器；由密封盖和主腔体密封连接组成;在主腔体内，空气腔和液体腔由微 细通道连通;在主腔体表面与微细通道垂直的中部位置镀一层导电金属镀层，在微细通道 的导电金属镀层段内充一段可自由移动的液态导电工质，作为限温器与设备控制器的串联 电路导电介质；同时液态导电工质也依靠自身表面张力的作用起到隔断空气腔和液体腔的 目的；在空气腔体中充注受热后体积膨胀较小的空气，在液体腔内充注达到一定温度可发 生气液相变的绝缘液体工质。2. 根据权利要求1所述一种基于液态金属的设备限温器，其特征在于，所述空气腔体体 积比液体腔体体积大2-3倍。3. 根据权利要求1所述一种基于液态金属的设备限温器，其特征在于，所述可气化的绝 缘液体工质为去离子水、FC72等，可根据限温器的工作温度范围选择合适的绝缘工质，其匹 配原则为设备部件的最高工作温度应等于该绝缘工质的沸点温度，所述导电工质液体为液 态汞、铟镓合金等，在限温器工作温度范围内，液态导电工质均保持液态。4. 根据权利要求1所述一种基于液态金属的设备限温器，其特征在于，所述限温器的密 封盖和主腔体均采用导热系数大、不导电且不与液态金属及充注液体发生反应的材料制 作。5. 根据权利要求1所述一种基于液态金属的设备限温器，其特征在于，所述限温器密封 盖和主腔体的制作材料为陶瓷或玻璃。6. 根据权利要求1所述一种基于液态金属的设备限温器，其特征在于，所述在微细通道 的导电金属镀层段内充一段可自由移动的导电工质液体，微细通道的当量直径，其中σ为气液界面张力，Pc和R分别是导电液态工质为蒸汽和液体时的 密度，g为重力加速度。7. -种基于液态金属的设备限温器的设备限温方法，其特征在于，将限温器固定在设 备上的发热部位，限温器通过导电金属镀层与设备控制器串联；当设备正常工作在允许温 度范围之内时，限温器通过导电金属镀层与设备的电路处于闭合状态，电流通过导电金属 镀层和液态金属；当温度超过设备设定值时，液体腔内的绝缘液态工质达到沸点而发生气 液相变，导致体积急剧膨胀，并将微细通道内的液态导电工质往空气腔方向推动，导致液态 导电工质与金属镀层脱离，限温器与设备电路处于断路状态，设备停止工作，达到保护设备 的要求;温度降低后，液体腔内的工质发生冷凝而体积收缩，液态导电金属复位到初始工作 位置，电路复位为连接状态，设备重新启动。8. 根据权利要求7所述一种基于液态金属的设备限温器的设备限温方法，其特征在于， 所述微细通道的长度远大于导电工质液体的长度，在工作状态下，液态导电工质在微细通 道中靠近液体腔的一侧，保证液态金属始终在微通道内往复工作；由于空气腔体积比液体 腔体积大2-3倍，空气腔内的空气具有很好的可压缩性，则保证液体腔内的绝缘工质汽化膨 胀时推动微细通道中的液态导电工质液体向空气侧移动，并在与导电金属镀层脱离后停止 气化，提高限温器的灵敏度和可靠性。
【文档编号】H01H37/36GK106057574SQ201610394105
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】刘广林, 王宪, 徐进良, 张伟
【申请人】华北电力大学