CN102459771A - 利用相变材料的冻裂防止阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冻裂防止阀，在由于外部温度下降至水的冻结温度以下而管道冻结之前，所述冻裂防止阀通过提前排出所述管道中的水防止所述管道冻结。所述冻裂防止阀包括：外壳，与有流体流动的流动管道的管道端口连接；排水室，位于所述外壳中朝向所述管道端口一部分中，并且具有与所述流动管道的内部连通的进水孔和与所述外壳的外部连通的排水孔；容纳室，位于所述外壳中所述排水室的相反侧，并且在其中容纳相变材料，所述相变材料根据温度下降从液体相变为固体并且体积减小；及柱塞，可移动地安装于所述排水室中，并且一侧具有活塞，所述活塞位于所述容纳室内部并且根据所述相变材料的体积的变化进行移动；另一侧具有阀门，所述阀门用于根据所述活塞的移动打开/关闭所述进水孔。

Description

利用相变材料的冻裂防止阀

技术领域

本发明涉及利用相变材料的冻裂防止阀，更详细地，涉及可以在外部温度下降至水的冻结温度以下之前，提前排出管道中的水，防止由于水冻结造成管道冻裂的利用相变材料的冻裂防止阀。

背景技术

一般地，在制冷/制热空调设备、冷藏和冷冻设备、工业冷却设备等多种设备和设施中，水是作为热交换介质使用的。尤其是，水冷式冷凝器和制冷/制热空调设备的热交换器线圈、蒸发冷却塔等，在诸如冬季温度下降至零度以下的情况下，暴露在外面的管道内部的水冻结，导致管道冻裂的事故极易发生。

所述设备或设施的管道冻裂事故由于漏水导致水资源损失，并且由于漏水引发该设备及周边设施的损伤和破坏。因为更换和维修冻裂的管道及设备、设施需要消耗大量的时间和成本，需要事先有效防止冻裂事故的尝试和对策。

封闭的管道内部的水在流动状态下不容易冻结，但是，在静止状态下温度下降时很容易冻结，由于从液体相变为固体的过程中体积增加大约10％，膨胀压力超过所述管道的耐久强度的话，所述管道会冻裂，如出现裂纹或断裂。

防止这种冻裂的一般措施包括：在管道上安装保温产品或加热装置的方法、在水中混合如盐水等防冻液的方法、持续排出管道中的水以保持水持续流动的方法。但是，这样的方法存在需要安装额外的保温产品或加热装置，操作所述加热装置需要消耗大量的能源，并且排水会造成水资源的浪费等问题。

同时，作为用于防止管道冻裂事故的装置，提出了使用防止冻裂用安全栓，所述安全栓通过膨胀压力引起的向上/向下运动打开/关闭阀门，将膨胀压力转移到外部，并且自动关闭压入通道，以防止漏水。然而，因为所述安全栓配置成，在膨胀压力过大的情况下，破裂部件破损并且将水排出到外部，因此存在更换破损的破裂部件时消耗人工/材料成本和时间，不利于维护的缺点。

发明内容

本发明用于解决所述问题，其目的在于提供利用相变材料的冻裂防止阀，所述冻裂防止阀，可以在外部温度下降至水的冻结温度以下，冻裂的危险发生之前，提前将管道内的水排出，防止由水冻结引起的管道冻裂事故。

为了达成所述目的，本发明的利用相变材料的冻裂防止阀包括：外壳，与有流体流动的流动管道的管道端口连接；排水室，位于所述外壳中朝向所述管道端口的一部分中，并且具有与所述流动管道的内部连通的进水孔和与所述外壳的外部连通的排水孔；容纳室，位于所述外壳中所述排水室的相反侧，并且在其中容纳相变材料，所述相变材料根据温度下降从液体相变为固体并且体积减小；及柱塞，可移动地安装于所述排水室中，并且一侧具有活塞，所述活塞位于所述容纳室内部并且根据所述相变材料的体积的变化进行移动，另一侧具有阀门，所述阀门用于根据所述活塞的移动打开/关闭所述进水孔。

本发明的所述冻裂防止阀中，所述外壳可以配置成，两侧各具有形成一体的所述排水室和容纳室，所述排水室和容纳室之间具有活塞孔，所述柱塞的活塞嵌入所述活塞孔内部。

在这种情况下，较佳地，所述外壳具有排水室塞，所述排水室塞从外部螺纹连接到所述排水室，所述排水室塞具有所述进水孔。

此外，较佳地，所述外壳具有容纳室塞，所述容纳室塞从外部螺纹连接到所述容纳室，所述容纳室塞具有由打开/关闭螺栓打开/关闭的注入孔。

较佳地，所述排水室具有弹簧，所述弹簧在朝向所述容纳室内侧的方向弹性支持所述柱塞。

更为较佳地，所述排水室塞的进水孔的周围具有阀座，所述柱塞的阀门和所述阀座之间具有用于密封的密封圈。

本发明的冻裂防止阀中，所述外壳还可以配置成，具有敞开的两端，所述敞开的两端各具有形成所述排水室的连接体和形成所述容纳室的容纳器。

在这种情况下，较佳地，所述容纳器是嵌入并螺纹连接到外壳的容器，容纳器塞连接到位于外壳外部的所述容纳器的一部分上，所述容纳器塞被打开/关闭以注入所述相变材料。

更为较佳地，所述容纳器的内部具有弹簧，所述弹簧在朝向容纳器内侧的方向弹性支持所述柱塞的活塞。

如上配置的本发明的冻裂防止阀具有以下效果：

(1)依据气温下降时固化并且体积减小的相变材料的收缩力，打开/关闭螺栓自动进行打开操作，从而可以在水冻结前提前排出管道中的水，防止管道冻裂，并且可以减少为防止冻裂进行管道管理时消耗的人力和时间。

(2)所述柱塞被所述弹簧在朝向所述容纳室内侧的方向上弹性支持，因此所述阀门的打开操作可以更有效地，更准确地进行，从而提高操作可靠性。

(3)具有分别与所述外壳的所述排水室和所述容纳室螺纹连接的所述排水室塞和所述容纳室塞，依据所述排水室塞的旋转可以容易地调整所述阀门的打开/关闭位置，依据所述容纳室塞的旋转可以容易地调整作用于所述柱塞的所述相变材料的压力，从而可以根据使用条件和用途简便地设置实现阀门打开/关闭的温度和压力，进而提高兼容性。

(4)所述容纳室的所述容纳室塞具有由所述打开/关闭螺栓打开/关闭的所述注入孔。所述注入孔使得不仅可以很容易地进行所述相变材料的初始注入而且可以很容易地进行经过使用后的补充注入，从而进一步提高维护的便利性。

(5)所述外壳的所述容纳室是由单独的容纳器形成，所述容纳器具有容器的形状，并且可脱离地连接到所述外壳。因此，只要拆卸所述容纳器就可以简便地更换阀门，从而可以减少维护所需的成本和人力。

(6)形成所述容纳室的所述容纳器具有可以打开/关闭的所述容纳器塞，使得可以容易地进行所述相变材料的初始注入及补充注入，进一步提高维护的便利性。

附图说明

图1为根据本发明的第一实施例的冻裂防止阀的结合状态的透视图；

图2为所述第一实施例的冻裂防止阀的分解状态的透视图；

图3为所述第一实施例的冻裂防止阀的关闭操作状态的截面图；

图4为所述第一实施例的冻裂防止阀的打开操作状态的截面图；

图5为根据本发明的第二实施例的冻裂防止阀的结合状态的透视图；

图6为所述第二实施例的冻裂防止阀的分解状态的透视图；

图7为所述第二实施例的冻裂防止阀的关闭操作状态的截面图；

图8为所述第二实施例的冻裂防止阀的打开操作状态的截面图；

<附图主要符号的说明>

10：流动管道 11：管道端口

20：相变材料 100：冻裂防止阀

110：外壳 111：排水室

112：容纳室 113：排水孔

115：活塞孔 120：排水室塞

121：进水孔 130：弹簧

131：密封圈 140：柱塞

141：活塞 143：阀门

144：支持突出部 150：容纳室塞

151：注入孔 152：打开/关闭螺栓

210：外壳 211：排水室

212：容纳室 213：排水孔

220：连接体 221：进水孔

230：容纳器 231：容纳器塞

232：密封圈 240：柱塞

241：活塞 243：阀门

具体实施方式

通过下文的详细说明，本发明的上述目的、特征及优点将更清楚。下面参照附图对根据本发明的较佳的实施例进行详细说明。

图1及图2分别为依据本发明第一实施例的冻裂防止阀的结合及分解状态的透视图，图3及图4分别为所述冻裂防止阀的关闭及打开操作状态的截面图。

如图所示，本发明的冻裂防止阀100连接到管道端口11，所述管道端口11为测定水的温度，从有水流动的流动管道10的一侧分离出。根据外壳110中容纳的相变材料20的体积的变化，柱塞140移动，以连通或切断流通管道10的内部和外部。

所述相变材料C使用包合物或共晶盐，所述包合物和共晶盐具有如下特征：常温时保持液体状态；在比水的冻结温度0℃稍高的低温下(2℃～5℃为较佳)，变化为固体状态，与冻结后体积增加的水相反，相变为固体后体积减小。

所述外壳110的一端螺纹连接到所述管道端口11，在与管道端口11连接的一侧的内部具有与所述流动管道10的内部连通的排水室111。所述排水室111相反侧的内部具有容纳相变材料20的容纳室112。中间部位具有内向突出部114和活塞孔115，所述内向突出部114分割所述排水室111和容纳室112，所述活塞孔115连通所述排水室111和所述容纳室112.

排水室塞120螺纹连接到所述排水室111的纵向端部的内表面。在所述排水室塞120上形成从流动管道10引入水的进水孔121。所述排水室塞120内侧面的进水孔121的周围具有阀座122。在所述排水室111的侧壁形成将引入内部的水排出到外部的多个排水孔113。

容纳室塞150螺纹连接到所述容纳室112的纵向端部的内表面。在所述容纳室塞150上形成注入相变材料20的注入孔151。打开/关闭螺栓152嵌入并连接到所述注入孔151。

所述柱塞140可纵向移动地嵌入所述排水室111的内部。所述柱塞140的一侧具有嵌入所述活塞孔115中的活塞141，另一侧具有根据位置变化关闭或打开所述进水孔121的阀门143。所述活塞141和阀门143之间具有支持突出部144。

在所述活塞141的外围和所述活塞孔115的内表面的至少一侧上形成环形槽142，作为密封部件的O型环(未图示)连接到所述环形槽142。

所述外壳110的所述容纳室112的内部具有弹簧130，使得所述弹簧130的一端与所述排水室塞120接触，另一端与所述支持突出部144接触。所述弹簧130在朝向所述外壳110的所述内向突出部114的方向弹性支持所述柱塞140。

所述柱塞140的所述阀门143和所述排水室塞120之间具有在所述进水孔121关闭时用于水封的密封圈131。

上述配置的本发明冻裂防止阀100，可以通过如下所述进行简单安装：在所述排水室塞120朝上的状态下将所述外壳110与所述管道端口11连接，使得所述外壳110嵌入所述管道端口11的内部。

在按照如上所述安装的状态下，当外部温度为无冻结危险的温度时，如图3所示，所述冻裂防止阀143处于关闭状态。即，所述外壳110的所述容纳室112的内部容纳的所述相变材料20处于液体状态，即，体积处于膨胀状态，因此所述相变材料120的压力施加于所述活塞141上，使得所述柱塞140仍然位于向上的位置。因此，所述密封圈131处于与阀座122紧密接触的状态，所述阀门143关闭所述进水孔121，从而阻止所述流动管道10内的水排出到外部。

在所述状态下，当外部温度下降至接近于水的冻结温度时，如图4所示，所述冻裂防止阀143转换为打开状态。即，所述容纳室112内部的所述相变材料20冻结变为固体状态并且体积减小，因此施加于所述活塞141上的压力减小，所述柱塞140向下移动。因此，所述阀门143和所述密封圈131将所述关闭的进水孔121打开，所述流动管道10内部的水被引入所述排水室111之后，通过所述排水孔113排出到外部。

当外部温度增加时，所述相变材料C液化，根据所述相变材料C体积的增加，所述柱塞140向上移动，从而所述阀门143及所述密封圈131再次关闭所述进水孔121。

如上所述本发明的冻裂防止阀，当外部温度下降时自动进行打开操作，在所述流动管道10内的水冻结之前，将水排出到外部，从而可以防止所述流动管道10冻裂。此外，由于在所述阀使用中不需要维修或更换，从而可以减少维护所需消耗的成本和精力。

此外，所述柱塞140被所述弹簧130弹性支持，因此所述阀门的打开操作可以更有效地，更准确地实现。

此外，所述排水室111的所述排水室塞120及所述容纳室112的所述容纳室塞150螺纹连接到所述外壳110，因此通过旋转所述排水室塞120可以容易地调整所述阀的打开及关闭位置，通过旋转所述容纳室塞150可以容易地调整作用于所述柱塞140的所述相变材料20的压力。因此，可以根据使用条件和用途简便地设置实现阀门打开/关闭的温度和压力，进而提高兼容性。

此外，所述容纳室112具有由所述打开/关闭螺栓152打开/关闭的所述注入孔151，使得不仅可以很容易地进行所述相变材料的初始注入而且可以很容易地进行经过一定使用时间后的补充注入，从而进一步提高维护的便利性。

同时，所述实施例中，所述排水室塞120及所述容纳室塞150是作为单独的部分来说明的，所述排水室塞120及所述容纳室塞150分别连接到所述外壳110的所述排水室111和所述容纳室112。另一种选择为，为了替代所述排水室塞120或所述容纳室塞150，在所述外壳110的端部形成完整的壁体，用以封闭所述排水室111或所述容纳室112的外侧，在各壁体上也可以形成所述进水孔121或所述注入孔151。此外，所述排水室塞120及所述容纳室塞150也可以利用螺纹连接以外的结构，如过盈配合结构、嵌入后通过突出部或吊钩固定的结构进行连接。

图5及图6分别为依据本发明第二实施例的冻裂防止阀的结合及分解状态的透视图，图7及图8分别为所述第二实施例的冻裂防止阀的关闭及打开操作状态的截面图。

图示的第二实施例的冻裂防止阀，与所述第一实施例类似，与管道端口11连接的外壳210的内部具有排水室211和容纳室212，所述排水室211与流动管道10的内部连通，所述容纳室212容纳相变材料20，并且具有柱塞240，所述柱塞240根据所述相变材料20的体积的变化进行移动。所述排水室211是依据与所述外壳210的上部连接的连接体220而形成，所述容纳室212是依据与所述外壳210的下部连接的单独的容纳器230而形成。

在所述实施例中，所述外壳210是由上部和下部敞开的单管形成。至少一侧具有连通所述排水室211与外部的排水孔213。

所述连接体220的上部及下部分别螺纹连接到所述管道端口11及所述外壳210，使两侧连通。所述连接体220的下部具有进水孔221，所述进水孔221的周围具有向下突出的阀座222。

所述容纳器230螺纹连接到所述外壳110中连接所述连接体220的相反侧，内部形成容纳相变材料C的所述容纳室212。所述容纳器230的上部是敞开的，以使所述柱塞240的一侧能够嵌入所述容纳器230的内部。此外，所述容纳器230的下部由容纳器塞231打开/关闭，以便可以注入所述相变材料20。

所述柱塞240可纵向移动地安装于所述排水室211的内部。所述柱塞240的一侧具有嵌入所述容纳器230内部的活塞241，另一侧具有根据位置变化关闭/打开所述进水孔221的阀门243。密封圈232连接到所述阀门243的上表面，用于在所述进水孔221关闭时提供水封。所述活塞241由弹簧231在朝向容纳器内侧的方向上弹性支持。

与所述第一实施例类似，所述第二实施例的冻裂防止阀根据外部外部温度的变化自动打开/关闭。

即，当外部温度为无冻结危险的温度时，如图7所示，所述容纳室230内部的所述相变材料20保持膨胀的液体状态，依据施加于所述活塞241的向上的压力所述阀门243关闭所述进水孔221。此外，当外部温度下降至接近水的冻结温度时，如图8所示，所述相变材料20固化并缩小，依据施加于所述活塞241的向下的压力所述阀门243打开所述进水孔221，通过由打开的进水孔221引入的所述流动管道10的水通过所述排水孔213排出到外部，从而防止管道冻裂。

同时，所述实施例中示出所述外壳110和所述连接体220为不同的材料并且具有相互连接的结构，但是所述外壳110和所述连接体220也可以作为一个整体形成。

上述本发明不限制于所述实施例及附图，本发明所属技术领域的普通技术人员应当明白：在不脱离本发明技术精神的范围之内，可以对本发明进行各种替换、变型及变更。

工业实用性

本发明的利用相变材料的冻裂防止阀适用于一般建筑物的水管，多种设备和设施的管道，如制冷/制热空调设备、冷藏和冷冻设备、工业冷却设备。尤其是，本发明的冻裂防止阀在安装之后，即使没有额外的操作或管理，也可以根据温度的变化自动排出管道中的水，从而防止管道冻裂。与现有技术不同的是，不需要为防止管道冻裂而安装额外的保温产品或加热装置。操作设备不需要消耗能源，在水循环过程中也不会浪费水。此外，安装阀门后，不需要消耗额外的维护成本和人力。因此，本发明的冻裂防止阀可以提供低成本，高效率的有用的防止冻裂方法。

Claims (9)

1.一种利用相变材料的冻裂防止阀，包括：

外壳，所述外壳与流动管道的管道端口连接，流体通过该流动管道流动；

排水室，所述排水室位于所述外壳中朝向所述管道端口的部分，并且具有与所述流动管道的内部连通的进水孔和与所述外壳的外部连通的排水孔；

容纳室，所述容纳室位于所述外壳的与所述排水室相反的部分中，并且在所述容纳室中容纳相变材料，所述相变材料根据温度下降从液体相变为固体并且体积减小；及

柱塞，所述柱塞可移动地安装于所述排水室中，并且所述柱塞的一侧具有活塞，所述活塞位于所述容纳室内部并且根据所述相变材料的体积的变化进行移动，所述柱塞的另一侧具有阀门，用于根据所述活塞的移动打开/关闭所述进水孔。

2.如权利要求1所述的利用相变材料的冻裂防止阀，其特征在于，所述外壳的两侧各具有形成一体的所述排水室和容纳室，所述排水室和容纳室之间具有活塞孔，所述柱塞的活塞嵌入所述活塞孔内部。

3.如权利要求2所述的利用相变材料的冻裂防止阀，其特征在于，所述外壳具有排水室塞，所述排水室塞从外部螺纹连接到所述排水室，所述排水室塞具有所述进水孔。

4.如权利要求2或3所述的利用相变材料的冻裂防止阀，其特征在于，所述外壳具有容纳室塞，所述容纳室塞从外部螺纹连接到所述容纳室，所述容纳室塞具有注入孔，该注入孔由打开/关闭螺栓打开/关闭。

5.如权利要求2或3所述的利用相变材料的冻裂防止阀，其特征在于，所述排水室具有弹簧，所述弹簧在朝向所述容纳室内侧的方向弹性支持所述柱塞。

6.如权利要求3所述的利用相变材料的冻裂防止阀，其特征在于，所述排水室塞的进水孔周围具有阀座，所述柱塞的阀门和所述阀座之间具有用于密封的密封圈。

7.如权利要求1所述的利用相变材料的冻裂防止阀，其特征在于，所述外壳的两端是敞开的，敞开的两端各具有形成所述排水室的连接体和形成所述容纳室的容纳器。

8.如权利要求7所述的利用相变材料的冻裂防止阀，其特征在于，所述容纳器是嵌入并螺纹连接到外壳的容器，容纳器塞连接到位于所述外壳外部的所述容纳器的一部分上，所述容纳器塞被打开/关闭，以注入所述相变材料。

9.如权利要求8所述的利用相变材料的冻裂防止阀，其特征在于，所述容纳器的内部具有弹簧，所述弹簧在朝向所述容纳器内侧的方向弹性支持所述柱塞的所述活塞。

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