本发明涉及一种热功换能器件（简称器件）及其各种用途。 弹性密闭容器因内部蒸汽压随温度而变化所产生的形状改变可用来作功或构成各种自动控制系统并能在各个领域里找得广泛的应用。
本发明的目的是要提供一种可将微小温差或较少的热能转换为机械动作的换能器件，并将其展拓成无数高性能控制系统和电动设备。
其解决方案是，用具有弹性的材料制成薄壁容器，譬如用磷铜加工成具有弹性波纹薄壁的容器，将容器内部抽空，灌入工质后加以密封。随着外界输入这器件的热量的不同，其形状也会发生改变，因此，它的形状（S）是外界输入热量（H）的函数，这函数关系可写为，
S＝F（H） ……①
从传热学观点看，它是一种弹性管壁热管（热管是一种高效传热元件），具有很强的热传导、等温及热流密度变换能力，其与外界热交换时输入或输出热量的地方分别叫做热端和冷端。从控制论观点看，它构成一个具有输入、放大、输出等环节的控制系统，外界输入热量的误差或变化会因为引起器件内部蒸汽压的正比例变化而被放大，这蒸汽压地变化使器件形状或体积发生改变以此将外界热能的变化转变为机械功输出或变为对被控对象执行控制的动作;另外，在器件内壁安置毛细吸液芯网或毛细烧结层可改善器件的特性，如加快响应速度、增强功率等;在器件内保留其它气体可得到新的S＝F（H）函数关系;器件按需要可取各种形状，其热能输入方式和体现输出功能的器件形状的变化范围及其与有关部件的联系方式也具有丰富的内容，譬如从简单的密封波纹管到集温度自动控制、流量调节以及泵吸等功能于一身的引射式恒温稳流阀。较常用的是器件取管状，一端固定，另一端的坐标为输入热量的线性函数的形式。下面通过实施例来进行说明。
附图1绘出本发明的一个实施例。这是一个热幅射响应系统。热功换能器件1的管壁为铜制波纹管，内部抽空并灌有工质2（应根据工作温度、压力及与管壁的相容性来选工质，选工质和设计热功换能器件可参考热管技术）。器件1的一端焊于支架3上固定，另一端与装有杠杆5的支点6相连。当管壁受到热或光幅射7而输入热能时、会将热能传给工质使工质蒸汽压增大并使器件1伸长推动杠杆5运动或执行其它功能。为增强元件接收幅射的能力，可在受热表面涂以高吸热率涂层或焊上板翅，也可将其置于抽空的玻璃夹套内以减少热散失增加输出功率或幅度。这个实施例可用于自动防雹或自动开窗装置，前者一旦太阳减弱或消失，它就实行保护;后者太阳光出现就动作。铜质波纹管管壁有耐腐蚀、抵抗正负压能力强、加工方便、热交换面积大、内部工质分布均匀、输入输出线性关系好和功率大等优点。
附图2、3、4绘出本发明另一个实施例。这是一个双元件热幅射辨识和跟踪系统，它使用庶光板来划分器件的受光范围;用聚焦于热端的抛物面反射板来增强热端的输入功率。当太阳光7以图示角度射来时，因庶光板8和管状器件1和11及其专用抛物面反射板9和10的安装位置所决定，仅有左边的器件1可响应，其输出端动作并伸长至虚线，这个动作依上述实施例所述通过软轴（如自行车刹车上用的那种）（或其它传力机构），传到比较器12，比较器12是个装有杠杆的转动副，两边对称通过弹簧13和14（它们分别传递器件1、11的作用力）拉住，当受力不平衡时它会转动以实现“比较”作用并使与其相连的太阳能接收板15倾斜，达到跟踪（面向）太阳的目的。两器件及其专用反射板竖直布置以及使用可庶住器件顶部的“T”型庶光板可使器件输出与入射光角度变化相一致并适合控制系统的要求。此外，还可用多个器件加以组合以实现全方位跟踪，这对无人工作站或车、船用太阳能接收装置的跟踪很有用，这时各器件的输出需使用球面运动副（它是比较器的展拓）进行矢量加，其划分各器件受光范围的庶光板也需另外设计如按平面对称分布以满足要求。另外，用多爪棘轮可对多器件的输出以“或”（各器件有一个动作就有效）的形式进行综合。
附图5给出本发明的又一个实施例，它在上述太阳能跟踪辨识系统的基础上用级联的方法再加一个器件组合（称为后级组合）使反射后的太阳光能瞄准目标。可用于反射式太阳能利用装置、特别是反射聚焦式太阳能加热或聚光装置的跟踪。图中，后级组合的四个器件分为两组16和17（使用器件个数多可增大搜索范围或提高跟踪精度并降低对前级组合的精度要求）分布在加热或受光物体18的两侧以便对反射面19进行独立的调整。这时上述实施例所述前级组合的跟踪仍要保留。全方位跟踪时需将各级组合按平面对称分布。各器件组合中器件的输出以组为单位进行矢量加，即各组中器件的输出相并联。以上各实施例具有使高性能太阳能利用装置无需配备电源的优点。
附图6给出本发明的另一个实施例。这是一种温度调节阀，器件1具有一个其行程与器件本身或其热端温度成正比的、与闸阀20相连接的输出端。与器件表面相接触的空气温度升高时会使其伸长推开闸阀20来降温。它具有推力大、动作灵敏等优点。利用输入输出的正比关系还可制造温控调压器、开关、继电器、温控压力机和温控开窗机。
附图7给出本发明的另一个实施例。这是一种管道式温度调节阀，器件1由两个具有轴向波纹的铜质薄壁相套而成，两端与管道相连接，当流过器件1内壁的流体温度升高或降低时，因器件1变形使流体通道的有效截面积改变从而实现对流体流量按温度控制的要求。这两个温控阀实施例的形状也可用其它来源的热能如电热元件的热能来改变。
附图8给出本发明的另一个实施例。这是一个温差振荡器，根据同性相斥原理，图中被限定可沿直线21作直线平动的活动磁铁22在固定磁铁的中心连线23的左面或右面时会分别受到向左或向右的斥力，这就组成了一个往复式微动放大机构;现设定其输出端与往复式微动放大机构的活动部件磁铁22相连的器件1的热端可反复与供热热源24相脱离或接触，则每当活动磁铁在中心连线23左面时，器件1受左向斥力与热源24相接触而受热伸长使活动磁铁越过中心连线23并迅速与器件1一起被推向右运动。因受档块25限止，器件1仅能右移一小段距离。这时，器件1因冷却而缩短将磁铁22拉回中心连线23左边而进入下一个振荡。这种温差振荡器可在稳定的热源和环境温度下工作，它可将热能转化为机械功。可用作无源热工控制逻辑的同步信号或为各种机器如热交换器除尘装置提供动力。
附图9给出本发明的另一个实施例，这是一种靠温差作功的发动机。图中，与连杆27相连的双向棘爪28靠弹簧29拉住使其压在棘轮30上，连杆27与上述温差振荡器中器件输出端相连，温差振荡器每个受热、冷却循环可推动棘轮转动两次，从而将热能转换为圆周运动并进一步通过曲柄机构或轮系将圆周运动转换为长行程、大推力的往复运动。这个实施例可从较易获得的热源中取出各种设备所需的动力而又无需配备电源、电机以及复杂的变速机构的优点。
附图10给出本发明的另一个实施例，这是一个具有多变量控制系统特点的热功换能器件。图中，器件1由铜质波纹管制成，分为左右两段，左段有很大的长度直径比，但没有自由端，其中间部分可在力F作用下向上弯曲或产生其它变形而造成向器件1热端的工质供应中断。这样即使器件1热端温度很高也无法在器件内造成较高的蒸器压，其右段也就不再伸长，即器件的函数关系变为：
S＝F（H.F）……②
将上述具有各种函数关系的器件或各子系统及其提供的同步信号、各种实时信号、圆周及往复运动组合，可构成控制性能更强的函数关系并实现为专门的控制机构如凸轮或射流控制机构工作所需的有序组合，这些组合可称为无源（不需电源）热工控制逻辑。例如，用上述棘轮机构等可实现在一段时间内不停地轮流启、闭一组闸门的控制功能。
用电热元件，特别是内热式电热元件与各种热功换能器件的热端相连接，可使器件输出端坐标L与电热元件两端所加电压V之间满足：
L＝F（V）……③或L＝KV……④
的函数关系。式（4）中K为常数。（实现各种函数关系时还要考虑响应时间和各种干扰等因素）。这些关系式可指导人们用热功换能器件制造各种可控电加热驱动装置如电热动调压机构、电热动开门窗机构、电热动阀闸门、电热动开关或继电器、电热动压力机等。