CN101802471B - 磁性组件、流体流动组件和指示器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种磁性组件，该组件包括：磁体(4)；以及铁磁部件(6)，其具有至少两个不同居里温度的区域，基于铁磁部件(6)的温度，磁体(4)和铁磁部件彼此相对移动。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁性组件、流体流动组件和指示器。
背景技术
公知有阀形式的磁性组件。在US-A-2006/0042260中公开了上述阀的一个示例。在这篇文献中，公开了一种包括永磁体和由铁磁材料制成的阀部件的阀。阀用于控制流体向燃气涡轮引擎的部件的流动。由于该阀包括与流体热接触的并且由铁磁材料制成的部件，因此会对铁磁材料的温度作出响应，随着流向燃气涡轮的流体温度的改变，永磁体和铁磁部件之间的吸引力也会随之改变。因此，上述组件实质上是一种基于温度的阀。
因此，期望对上述组件作出改进。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种磁性组件，所述组件包括：磁体；以及包括至少两个具有不同居里温度的区域的部件，基于所述部件的温度，所述磁体和所述部件彼此相对移动。
优选地，所述部件具有铁磁性，磁性等级温度是居里温度。
本发明提供了一种磁性组件，其可以是完全无源的。换句话说，磁体和铁磁部件之间的吸引力和对应的移动可以仅依赖于铁磁部件的温度。因此，在一个实施例中，该组件可被用作自动开关，其用来当环境(铁磁部件)的温度达到特定阈值时作出触发，由此使得磁体和铁磁部件彼此之间相互移动。
在一个实施例中，所述组件是磁性阀，其中，所述磁体和所述铁磁部件彼此相对的移动以打开和关闭所述阀，所述磁体和所述铁磁部件中的至少一个是可被配置的，以便改变与所述磁体接合的铁磁部件的区域。
在实施例中，本发明提供了一种磁性阀，其包括两个具有不同居里温度的区域的铁磁部件。所述铁磁部件是可被设置的，以便改变与磁体配合的铁磁部件的区域。相应地，还可改变启动或停止所述阀的温度。因此，在流动的流体的温度是变化的并且期望改变所述组件的启动温度的应用中可使用单个的阀组件。
阀可以是完全无源的，以便无需操作者的参与即可切换该阀。实际上，可以完全地独立于操作者的干预，唯一地依赖于其所处环境的温度变化，例如流动的流体或是阀所处的较宽环境。
根据本发明的第二方面，提供了一种组件，包括：管道，其用于流动流体；以及根据本发明第一方面的阀，所述阀设置为提供对通过所述管道的流体的流动的自动控制。
根据本发明的第三方面，提供了一种指示器，其包括：磁体；以及铁磁材料部件，其包括至少两个具有不同居里温度的区域，所述磁体和所述铁磁材料部件彼此相对地移动以指示系统的状态。
附图说明
现在，参考所附的附图详细地说明关于本发明实施例的示例，其中：
图1A和图1B示出了在第一配置中磁性阀在打开和关闭状态下的示意性视图；
图2A和图2B示出了在一个不同的配置中在打开和关闭状态下的图1A和图1B的阀；
图3示出了磁性阀的示意性视图；
图4示出了包括磁性阀的灌溉系统的示意性视图；以及
图5A和图5B示出了关于磁性组件的示例的示意性视图。
具体实施方式
图1A示出了磁性组件的截面的示意性视图，其中在这个示例中该磁性组件是阀2。阀2包括：包含磁体的第一部分4，诸如永磁体；和用于改变阀的开口大小的第二部分6。所示出的管道8用于承载流体。在这个特定的示例中，阀的第二部分6是由多个区域101至104构成的部件，可选择区域101至104中的每一个以使其具有期望数值的磁性等级温度的组成。在阀的第二部分是铁磁体的情形下，磁性等级温度是居里温度。优选地，区域101至104中的每一个的居里温度都是不同的并且可由特定的应用来确定。
图1B示出了在关闭配置下图1A的阀2，其中阀的第二部分6阻挡了管道8中的流体的流动。因此，阀的第二部分6可在第一配置和第二配置之间移动，在第一配置(如图1A所示)中阀是打开的以使流体可沿管道8自由地流动，并且在第二配置(如图1B所示)中阀是关闭的以使第二部分6实质上阻挡管道8中流体的流动。
图1A中在管道8中流动的流体具有温度T0。图1B中所示的管道8中流动的流体具有温度T1，其中T1大于T0并且T1还大于第二部分6的区域101的居里温度TC1。第二部分6是由铁磁材料制成的，从而随着第二部分6的温度的改变，永磁体4和第二部分6之间的吸引力也会随之改变。因此，吸引力是随着管道8中流动的流体温度的改变而改变。
在这个示例中，磁性阀可被看作包括磁体和分级有源部件(graded activecomponent)，而优选地分级有源部件是由具有感兴趣的温度间隔变化的居里温度的陶瓷材料制成的。有源部件6是与流动介质，即液体或气体，热耦合的，并且在这个特定的示例中有源部件6是与流动介质直接热耦合的。
铁磁材料是与磁场梯度强吸引的。经过了从高温顺磁状态到低温铁磁状态的第二级相变的磁性材料在它们与磁体的相互作用方面最终具有显著的差别。
它们在高温下具有与磁体的弱吸引，而它们在低温下具有与磁体的强吸引。图2中的阀遵循上述原理。在低温下，通过磁体4使部件6处在适当的位置(设置在流动介质的外部或内部)，由此使得流体流过。随着周边温度的升高或是流动的流体的温度升高而引起第二部分6的温度升高，材料变为顺磁并且与磁体4分离，由此阻挡流体的流动。当温度降低时，材料重新获得与磁体4的吸引，并且流动再次打开。可选地，还可当材料与磁体连接时阻挡流动而当材料与磁体不连接时打开流动。通过当温度低于特定水平时阻挡流动并且当流体的温度高于不同的特定水平时也阻挡流动，而当流体温度处在上述两个水平之间时打开流动的方式形成双重设置(double arrangement)。
通过改变部分6的区域的构成，部分6的各区域的居里温度会是不同的。换句话说，第二部分作为整体的居里温度不是均匀的。因此，通过移动磁体4和第二部分6的相对配置，可改变与磁体4配合的第二部分的区域，由此也将改变阀2的温度依赖或是阀2的切换温度。
如上所述，用来形成阀2的第二部分6的材料可以是陶瓷。这提供了抗腐蚀的优点并且因此使得阀的性能长时间下稳定。进而，利用陶瓷制造技术使得罚容易制造。利用分级的居里温度，在申请人自己的待审国际专利申请No.PCT/EP2005/013654中描述了一种用于制造第二部分6的方法的示例。
优选地，可对阀的第一部分4和第二部分6在打开位置或关闭位置下作出偏置。这可起到确定打开或关闭的吸引力的级别的阈值的作用。诸如弹簧等其他一些装置也可用来一并或独立地偏置第一部分和第二部分。此外，还必须根据流体流动所产生的力来平衡磁体和铁磁材料之间的质量和磁性强度。
在使用中，温度可调节的阀当中的铁磁材料是分级的，即具有从低到高变化的居里温度。为了设定阀2的工作温度，阀2的第一部分和第二部分可彼此相对地移动，以使具有所需居里温度的第二部分6的区域靠近磁体4。这意味着阀2的切换温度实质上对应于与磁体4紧密接合的第二部分6的区域的居里温度。
在图1A和图1B所示的示例中，第二部分6的第一区域101的居里温度Tc1是T0。因此，如果管道中流动的流体的温度低于T0，则组件6将会维持与永磁体4的吸引，由此打开管道。当管道8中的流体的温度升高时，如温度是T1的图1B所示，第二部分6的区域101变为顺磁，由此第二部分6下落或是被偏置装置所吸引以便阻挡管道8中流体的流动。
在图2A中，相对于磁体4的第二部分6的相对位置改变，以使当前不同的区域104变为与磁体4紧密接合。区域104的居里温度Tc4是T1。因此，对于小于T1的管道8当中的流体温度，阀将会保持打开。如图2B所示，当流体的温度达到T2时，并且T2大于T1，第二部分6变为顺磁，由此第二部分6下落或是被偏置装置所吸引以便阻挡管道8中流体的流动。
重要的是，在管道8中流动的流体与阀2中的顺磁部分之间存在直接的或是间接的热接触。
阀2的第二部分6是由诸如La1-x-yCaxSryMnO3-d等陶瓷材料或是诸如LaFexSiy等金属互化物或是Gd与例如Tb、Ge或Si的合金制成的。这提供了阀组件的灵敏度的温度范围处在日常使用的范围之内。典型地，利用诸如如上所述的那些材料可获得-200℃至100℃之间的居里温度，尽管还可使用其他适当的材料和对应的范围。
图3示出了磁性阀2的示意性视图。与参考图1和图2所示和所描述的示例相类似的是，阀具有第一和第二部分4和6，并且第二部分6又被细分为区域101、102…。在这个示例中，第二部分6采用了可以旋转的旋转转盘的形式，以使所期望的区域与在管道8外部设置的磁体4紧密接合。还需要一些用来提供凹陷(recess)12之间可再配置的边界的隔膜，其中当阀打开时在凹陷12中收纳第二部分6。以用户可轻易地旋转的方式安装第二部分，以使具有所需的居里温度的所期望的区域与磁体4紧密接合。
如上所述的阀具有许多可行的应用。在一个实施例中，阀的移动部分可与电路相连接，以便基于阀的移动来打开或是关闭开关。阀可被用作提供关于被暴露的相关货物的温度信息的指示器的触发器。在下面参考图5A和图5B所示并且详细说明的公开实施例特别适用于上述应用。
在一个实施例中，在用来控制向庄稼喷水的水流的灌溉系统中使用上述阀。当周边温度达到所期望的高或低的阈值时，可切换阀以便打开或是关闭灌溉系统中水的流动。可以理解的是，存在多种可行的阀的应用。
图4示出了庄稼灌溉系统的一部分的示意性视图。该系统包括与管道8相连的洒水装置16。提供了诸如图1至图3中任一个所示的阀等磁性阀2，用于提供灌溉系统的操作的自动温度控制。在这个示例中，第二部分6优选地被安装在管道的外部并且磁体4被安装在管道当中，从而方便地使用周边温度来自动控制何时打开或是关闭灌溉系统。如果采用其他替换方式，即第二部分处在管道当中，则使用管道中流动的水的温度来控制阀的操作。上述两种配置均可使用。
特别有利的是，阀是完全无源的。因此，无需操作者的参与即可实现切换阀。实际上，可完全独立于操作者的干预即可操作阀，而使阀唯一地依赖于其所处环境的温度变化。
图5A和图5B示出了起到指示器或触发器功能的组件的示例。该组件包括第一部分4和第二部分6，其中第一部分4包括磁体4并且第二部分6包括铁磁材料。磁体4被设置在两块有源铁磁材料6之间。随着温度的升高，铁磁的顺磁性进一步下降，并且或是由于重力作用或是偏置力而导致磁体向下移动到材料仍是铁磁性的位置处。如果温度再次降低，磁体不会折返(back up)移动-从而产生最大的温度指示器。
在图5A中，温度相对较低，以使第二部分的铁磁性相对升高(依赖于它的组成)。随着温度的升高，第二部分6的铁磁性区域有效地下落(相对于附图中所示的组件的配置)，这实现了磁体4的对应的向下移动(图5B)。在一个示例中，磁体是与开关(未示出)的部件相连接，以便当温度达到特定值并且磁体4达到对应的位置时，启动开关。因此，该组件起到了开关的触发器的功能。
已经参考特定示例说明了本发明的实施方式。然而，可以理解的是，在不脱离本发明的范围的前提下可对所述示例作出各种变形和改变。
Claims (8)
1.一种流体流动组件，其包括：
管道(8)，其用于流动流体；以及
磁性组件，所述磁性组件包括：
磁体(4)；以及
铁磁部件(6)，其包括至少两个具有不同居里温度的区域，基于所述铁磁部件的温度，所述磁体(4)和所述铁磁部件彼此相对移动，所述铁磁部件能够在管道中的第一位置和第二位置之间移动，其中，在第一位置，流体能够沿管道流动，在第二位置，所述铁磁部件阻挡流体沿管道流动；
其中，所述铁磁部件(6)具有伸长结构；
所述磁性组件设置为提供对通过所述管道(8)的流体的流动的自动控制。
2.根据权利要求1所述的流体流动组件，其中，所述磁性组件是阀，
所述铁磁部件和所述磁体彼此相对地移动以打开和关闭所述阀，所述磁体和所述铁磁部件中的至少一个是可被配置的，以便改变与所述磁体接合的铁磁部件的区域。
3.根据权利要求2所述的流体流动组件，其中，
所述磁性组件在使用中是可设置的，以使所述铁磁部件与环境热接触。
4.根据权利要求2所述的流体流动组件，其中，
所述阀在使用中是可设置的，以便控制管道中流体的流动，所述铁磁部件在使用中是可设置的以便与管道中流动的所述流体热接触。
5.根据权利要求2所述的流体流动组件，其中，
所述铁磁部件是由陶瓷材料、金属互化物或合金制成的。
6.根据权利要求2所述的流体流动组件，其中，
所述磁体设置在承载流体的管道的外部，而所述铁磁部件设置在所述管道当中。
7.根据权利要求1所述的流体流动组件，其中，
所述磁体包括一个或多个永磁体或电磁体、或者是永磁体和电磁体的组合。
8.根据权利要求1所述的流体流动组件，
所述磁性组件被设置为当所述磁性组件从打开到关闭的状态或是从关闭到打开的状态切换时，触发外部的处理。
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