CN102758960B - 采用形状记忆合金材料的温度调控阀门 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用形状记忆合金材料的温度调控阀门，它由SMA弹簧、复位弹簧、连杆、齿轮、挡板等组成，SMA弹簧同时具有感温和驱动两种功能，当环境温度低于被控温度时，SMA弹簧呈舒张松弛状态，此时阀门关闭。当温度上升到被控温度以上时，SMA弹簧紧缩，并输出足够的拉力，拉动连杆逆时针旋转，使工作齿轮转动并带动隔板旋转，阀门打开，达到流通降温的目的，当温度下降并回落到被控温度以后，阀门挡板在复位弹簧作用下回到原位，阀门关闭，如此智能往复，可使腔体温度控制在指定范围之内。通过调节复位弹簧的初始拉力，可以调节被控温度及控制速率；本发明结构简单，灵敏度、可靠性、稳定性高，清洁环保，无需供电。

Description

采用形状记忆合金材料的温度调控阀门

技术领域

本发明涉及一种调节控制腔室温度的阀门，尤其涉及一种具有智能开合功能，可适用于一般流体腔室的温度调控的阀门。

背景技术

目前，公知的许多供热通风、控制温度以及流量调控的开关阀门均需要人工或电动开合，消耗人力及电力。已有的节能型形状记忆合金自动调节阀也无法调控阀门打开的大小程度，对于温度的调控速度与调控强度存在一定的局限性。一般地，许多应用设计都将形状记忆合金直接设置在阀门口附近。对于较大范围的被控区域而言，正确感知被控区域温度的高低对阀门的正常工作起到了关键作用。此时若仍将记忆合金材料安装在阀门口，很容易出现因阀门口区域已达到指定温度而使阀门关闭，但事实上被控区域温度还远没有下降到指定目标的状况。为解决这一问题，有必要研制一种可准确且智能调控的节能型阀门。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种采用形状记忆合金材料的温度调控阀门。本发明结构简单紧凑，灵敏度、可靠性、稳定性高，清洁环保，无需供电。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种调节控制温度阀门，它包括箱壳、阀门板、隔板、上端板、小齿轮、闭合挡架、传动轴、SMA（Shape Memory Alloy形状记忆合金材料）弹簧、连杆、复位弹簧、调节旋钮和大齿轮等；其中，所述隔板固定在箱壳内，将箱壳分隔成阀门室和控制室两部分，控制室底部封闭，顶部开口且与阀门室内室连通；传动轴一端通过轴承固定在箱壳的后壁上，另一端穿过隔板与小齿轮固定连接，小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮与连杆的一端固定连接，连杆另一端的上部连接SMA弹簧，SMA弹簧的另一端与固定在控制室上部的上端板相连，连杆另一端的下部连接复位弹簧，复位弹簧的另一端穿过控制室下壁后，与调节旋钮相连。两块阀门板固定在传动轴上，阀门室左右两个壁面上分别一体形成或固定一个闭合挡架，用于限定阀门板的运动，当两块阀门板运动到闭合挡架处，将阀门室分为两个内外区域。

进一步地，所述大齿轮直径大于小齿轮，其比值保持在3:1以上，从而增大阀门的打开程度。

本发明的有益效果是：

1、本发明以SMA弹簧为核心部件，同时具备传感和驱动两种功能：感知环境温度并输出驱动力。利用SMA直接进行感温和驱动，调节并控制阀门室阀门板的旋转来打开或闭合阀门，避免电学信号转换。整个系统无需外部供电即可智能执行，清洁、环保、安全、无污染。SMA材料相变导致的形状变化明显，蕴能大，可输出足够的力用来驱动部件开合，且其弹簧形状绕制处理并不复杂，可根据实际需要方便制成不同相变温度的元件来控制不同的温度范围。

2、本发明具有两个工作腔室：控制室和阀门室，中间的隔板用聚苯乙烯泡沫塑料或聚氨酯泡沫塑料等隔温材料制成，确保两腔室热量不由隔板直接传输。其控制室、阀门室内室与被控区域的温度一致。因此，SMA感测到的温度为被控区域流体均匀稳定后的真实温度。本发明可应用于常见气体、液体等流体的温度调控。结构简单、有效，准确性、灵敏度、稳定性及可靠性俱佳，可替代其他温控阀门，并推广到其他领域。

附图说明

结合附图，有利于更好地了解前面的基本概述及后面将要说明的具体实施过程。附图仅展示了本发明的示范例，实际发明并不严格局限于所示的精确布局、几何形状及实施手段。在所有附图中，相同的标记用来表示指定附图中的相同部件或成分。

图1为本发明整体结构的俯视图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图1的B-B剖视图；

图中，箱壳1、阀门板2、阀门室3、隔板4、上端板5、控制室6、小齿轮7、闭合挡架8、传动轴9、SMA弹簧10、连杆11、复位弹簧12、调节旋钮13、螺栓14、大齿轮15。

具体实施方式

图1为本发明整体结构的俯视图，所示为阀门打开状态，内外连通。

图2为图1的A-A剖视图，所示为阀门打开状态下控制室的工作情况，SMA弹簧收缩紧绷，复位弹簧拉伸受力。

图3为图1的B-B剖视图，所示为阀门打开状态下阀门室的工作情况，阀门板在SMA弹簧作用力下旋转打开，内外连通，实现热量交换。图中所标“内”字样与被控区域连通，所标“外”字样与外部环境连通。

    如图1-3所示，本发明调节控制温度阀门，包括箱壳1、阀门板2、隔板4、上端板5、小齿轮7、闭合挡架8、传动轴9、SMA弹簧10、连杆11、复位弹簧12、调节旋钮13、大齿轮15。

隔板4固定在箱壳1内，将箱壳1分隔成阀门室3和控制室6两部分，控制室底部封闭，顶部开口且与阀门室内室连通。传动轴9一端通过轴承固定在箱壳1的后壁上，另一端穿过隔板4与小齿轮7固定连接，两块阀门板2固定在传动轴9上，小齿轮7与大齿轮15啮合，大齿轮15与连杆11的一端通过螺栓14固定连接，连杆11另一端的上部连接SMA弹簧10，SMA弹簧10的另一端与固定在控制室6上部的上端板5相连，连杆11另一端的下部连接复位弹簧12，复位弹簧12的另一端穿过控制室6下壁后，与调节旋钮13相连。阀门室3左右两个壁面上分别一体形成或固定一个闭合挡架8，用于限定阀门板2的运动，当两块阀门板2运动到闭合挡架8处，将阀门室3分为内外两个区域。

如图3所示，安装时，两块阀门板2固定在传动轴9上，当两块阀门板2运动到闭合挡架8处，将阀门室3分为内外两个区域，阀门室3的一个区域（图3中标记有“内”字样）连通被控区域，另一个区域（图2中标记有“外”字样）连通外界环境。

本发明中的形状记忆合金（SMA）弹簧10可由镍钛合金、铜镍合金、铜铝合金、铜锌合金或其他为该领域人员所熟知的记忆合金材料制成。SMA弹簧10具有单程记忆效应，其相变温度可根据实际需要通过调节形状记忆合金材料的合成成分实现。所谓单程记忆效应，指的是当元件温度低于制定相变温度时，呈现柔软松弛状态，但是当元件温度高于相变温度时，它能自动恢复其原有几何形状。在本发明中，该原有几何形状表现为SMA弹簧10收缩并伴随力的输出。

整个阀门系统分为两个工作腔室，即阀门室3和控制室6，由隔板4分隔。控制室6底部封闭，顶部开口且与阀门室3内室连通。本发明的控制室6、阀门室3内室与被调节控制区域的温度一致。隔板4采用聚苯乙烯泡沫塑料或聚氨酯泡沫塑料等隔温材料制成，确保两腔室热量不由隔板4直接传输。因此，SMA弹簧10感测到的温度为被控区域流体均匀稳定后的实际温度。

阀门板2位于阀门室3中，成为该阀门的调节装置，其通过传动轴9与控制室中的齿轮7连成一体。小齿轮7与大齿轮15相互啮合，大齿轮15直径大于小齿轮7。本发明并不限制其具体直径比值，可按实际需要进行加工选取，但其比值应保持在3:1以上，从而可增大阀门的打开程度。

本发明的工作过程如下：当被控区域的温度低于控制温度时，SMA弹簧10处于柔软松弛状态，此时阀门板2在复位弹簧12的拉力作用下与两端闭合挡架8紧密卡合，阀门关闭，内外不进行热量交换。当温度上升到控制温度时，SMA弹簧10形状恢复到收缩状态，同时伴随力的输出，通过连杆11、大齿轮15、小齿轮7、传动轴9带动阀门板2旋转，阀门打开，内外进行热量交换使室内温度下降，如图1-3所示。当温度回落到控制温度以下，SMA弹簧又回到柔软状态，此时在复位弹簧12的拉力作用下，阀门板2又回到关闭位置，如此随温度变化的智能往复，达到温度调节控制的作用。

复位弹簧12同时具备复位和调节的功能，其底部安装有调节旋钮13，旋转旋钮可调节复位弹簧的预拉伸度，进而调节其复位输出能力及相应的SMA弹簧元件的控制力输出能力，从而控制阀门板打开程度的大小，达到调节动作温度及控制速率的目的。

本发明并不限制箱壳的具体几何形状，其横截面形状可以为如图1-3所示的长方形，也可以为圆形、椭圆形、正方形或多边形等。

Claims (2)

1.一种采用形状记忆合金材料的温度调控阀门，其特征在于，它包括箱壳（1）、阀门板（2）、隔板（4）、上端板（5）、小齿轮（7）、闭合挡架（8）、传动轴（9）、SMA弹簧（10）、连杆（11）、复位弹簧（12）、调节旋钮（13）和大齿轮（15）；其中，所述隔板（4）固定在箱壳（1）内，将箱壳（1）分隔成阀门室（3）和控制室（6）两部分，控制室（6）底部封闭，顶部开口且与阀门室（3）内室连通；传动轴（9）一端通过轴承固定在箱壳（1）的后壁上，另一端穿过隔板（4）与小齿轮（7）固定连接，小齿轮（7）与大齿轮（15）啮合，大齿轮（15）与连杆（11）的一端固定连接，连杆（11）另一端的上部连接SMA弹簧（10），SMA弹簧（10）的另一端与固定在控制室（6）上部的上端板（5）相连，连杆（11）另一端的下部连接复位弹簧（12），复位弹簧（12）的另一端穿过控制室（6）下壁后，与调节旋钮（13）相连；两块阀门板（2）固定在传动轴（9）上，阀门室（3）左右两个壁面上各一体形成或固定一个闭合挡架（8），用于限定阀门板（2）的运动，当两块阀门板（2）运动到闭合挡架（8）处，将阀门室（3）分为内外两个区域。

2.根据权利要求1所述的采用形状记忆合金材料的温度调控阀门，其特征在于：所述大齿轮（15）直径大于小齿轮（7），其比值保持在3:1以上，从而增大阀门的打开程度。

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