CN105587895A - 基于相变材料的圆柱体温控流体阀 - Google Patents

基于相变材料的圆柱体温控流体阀 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于相变材料的圆柱体温控流体阀技术，包括腔体、相变材料、阀芯、状态杆、弹簧、端盖、第一O形圈、第二O形圈、第三O形圈、螺栓。发明利用了相变材料加热融化时产生体积膨胀的特性，结构简单，体积小，可靠性高，无需电能，可多次重复使用。当环境温度由低到高达到相变温度时，阀口A打开，阀口B关闭。当温度降低到相变温度时，阀口A关闭，阀口B打开。O形圈由聚四氟乙烯制成，耐高温。适用于电热水器等加热达到某种温度就开阀的场合，或冷却至某一温度就开阀的场合，可应用于化工、家电等领域。

Description

基于相变材料的圆柱体温控流体阀
技术领域
本发明涉及一种圆柱体温控流体阀技术，尤其涉及一种基于相变材料的圆柱体温控流体阀技术。
背景技术
相变材料中融化膨胀系数较大的有聚乙二醇（PEG）和石蜡。其中PEG8000的膨胀率最高可达30%，熔点为60℃。
对于化工产业来说，恶劣的应用环境要求零部件具有较高的可靠性，较低的维护成本，同时降低能耗。当前温控阀大多采用温敏电阻或热电偶测量温度，然后利用处理芯片处理温度信号，同时驱动电磁阀，进而实现温控阀的功能。但是这种方法需要额外电源，且可靠性低。电子系统在化工应用环境下需要较高的防护等级，需额外密封，耐高温能力差，系统复杂，体积大，故而有很多局限性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种应用于化工流体控制的，不耗电，结构简单，高可靠性，便于维护的，基于相变材料的圆柱体温控流体阀技术。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于相变材料的圆柱体温控流体阀技术，它包括：腔体、相变材料、阀芯、状态杆、弹簧、端盖、7个O形圈、4个螺栓。其中，腔体一端封闭，另一端开口，侧面有两对通孔作为流体通道，流体通道端面有管道螺纹及密封圈作为管道接口。腔体闭口一侧圆柱面和端面起传递热量的作用。腔体外圈有外螺纹作为安装面，有法兰作为密封面，法兰的密封面有密封圈，起密封作用。腔体内侧有相变材料，通过传递热量改变形态和体积，起驱动作用。阀芯在腔体内部，与相变材料直接接触，起控制开关作用。阀芯与腔体间有两个密封圈，起到密封作用。弹簧与阀芯接触，可以防止相变过程中相变材料内部有气泡产生，起到预紧作用。端盖通过4个螺栓安装在腔体的开口一侧，起支撑弹簧和保护作用。状态杆通过螺纹安装在阀芯的端面上，圆柱面带有刻度，起到状态显示的作用。
本发明的有益效果在于：本发明利用了相变材料加热融化时产生体积膨胀的特性，结构简单，体积小，无电能消耗，可多次重复使用，便于维护。密封圈采用聚四氟乙烯制成，有效耐温超过200℃。使用弹簧辅助相变材料的凝固，可很大程度上减少冷却不均匀产生的真空间隙。含有两个通道阀A和阀B分别位于常开和常闭状态，且二者同时切换状态。适用于化工或家电行业需要根据温度进行流体控制，同时又需要节约能耗的场合。
附图说明
图1是本发明一种基于相变材料的圆柱体温控流体阀的结构示意图（高温状态）；
图2是本发明基于相变材料的圆柱体温控流体阀的结构示意图（低温状态）。
图3是一种典型的应用方法示例。
图中，腔体1、相变材料2、阀芯3、状态杆4、弹簧5、端盖6、第一O形圈7、第二O形圈8、第三O形圈9、螺栓10。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明。
如图1所示，本发明的基于相变材料的圆柱体温控流体阀技术，包括：腔体1、相变材料2、阀芯3、状态杆4、弹簧5、端盖6、第一O形圈7、第二O形圈8、第三O形圈9、螺栓10。其中，腔体1一端封闭，另一端开口，侧面有两对通孔作为流体通道，两队通孔分别对应阀A和阀B，流体通道端面有管道螺纹及密封圈作为管道接口。腔体1闭口一侧圆柱面和端面起传递热量的作用。腔体1外圈有外螺纹作为安装面，有法兰作为密封面，法兰的密封面有密封圈，起密封作用。腔体1内侧有相变材料2，通过传递热量改变形态和体积，起驱动作用。阀芯3在腔体1内部，与相变材料2直接接触，在其圆柱面有两个凹槽，起控制打开或关闭作用。阀芯3与腔体1间有两个密封圈，起到密封作用。弹簧5与阀芯3接触，可以防止相变过程中相变材料2内部有气泡产生，起到预紧作用。端盖6通过4个螺栓10安装在腔体1的开口一侧，起支撑弹簧5和保护作用。状态杆4通过螺纹安装在阀芯3的端面上，圆柱面带有刻度，起到状态显示的作用。
腔体1、阀芯3、弹簧5、状态杆4由不锈钢材料制成，有较高的耐腐蚀能力。所有O形圈由聚四氟乙烯制成，可耐200℃高温。
根据不同的控制温度选择以下对应的相变材料2：
材料固态密度(25℃)熔点液态密度膨胀率
聚乙二醇1270kg/m^364~66℃980kg/m^330%
石蜡900kg/m^347~64℃700kg/m^330%
本发明的工作过程如下：
1、当腔体温度低于相变温度时，温控阀的状态如图1所示。相变材料2处于凝固状态。此时阀芯3的环形凹槽偏离阀A的通孔，阀A处于关闭状态；阀芯3的另一个环形凹槽对应阀B的通孔，阀B处于打开状态。弹簧5处于相对松弛状态。状态杆4处于收缩状态，表示阀A关闭，阀B开启。
2、当腔体温度高于相变温度时，温控阀的状态如图2所示。相变材料2处于液体状态。此时阀芯3的环形凹槽对应阀A的通孔，阀A处于开启状态；阀芯3的另一个环形凹槽偏离阀B的通孔，阀B处于关闭状态。弹簧5处于相对压缩状态。状态杆4处于伸展状态，表示阀A开启，阀B关闭。
3、当环境温度由低于相变温度变为高于相变温度时，相变材料2由固态变成固液混合态，再变为液态，体积先变大再维持不变。此过程相变材料2推动阀芯移动，进而开启阀A，关闭阀B。状态杆4由完全收缩状态，逐步移动，最终变为完全伸出状态。
4、当环境温度由高于相变温度下降为低于相变温度时，相变材料2由液态变成固液混合态，再变为固态，体积先变小再维持不变。此过程相变材料2推动阀芯移动，进而开启阀A，关闭阀B。状态杆4由完全收缩状态，逐步移动，最终变为完全伸出状态。在相变材料2凝固的过程中，弹簧5的推力可以防止气泡的产生。

Claims (4)

1.在一种基于相变材料的圆柱体温控流体阀，其特征在于，它包括：腔体（1）、相变材料（2）、阀芯（3）、状态杆（4）、弹簧（5）、端盖（6）、第一O形圈（7）、第二O形圈（8）、第三O形圈（9）、4个螺栓（10）；腔体（1）一端封闭，另一端开口，侧面有两对通孔作为流体通道，流体通道端面有管道螺纹及第三O形圈（9）作为管道接口；腔体（1）外圈有外螺纹，有法兰，法兰的密封面有第一O形圈（7）；腔体（1）内侧有相变材料（2）；阀芯（3）在腔体（1）内部，与相变材料（2）直接接触；阀芯（3）与腔体（1）间有两个第二O形圈（8）；弹簧（5）与阀芯（3）接触；端盖通过4个螺栓（10）安装在腔体（1）的开口一侧；状态杆（4）通过螺纹安装在阀芯（3）的端面上。
2.根据权利要求1所述基于相变材料的圆柱体温控流体阀，其特征在于，所述腔体（1）、阀芯（3）、弹簧（5）和端盖（6）均由不锈钢制成。
3.根据权利要求1所述基于相变材料的圆柱体温控流体阀，其特征在于，所述相变材料（2）可为常温下处于固态的聚乙二醇8000或石蜡。
4.根据权利要求1所述基于相变材料的圆柱体温控流体阀，其特征在于，所述第一O形圈（7）、第二O形圈（8）和第三O形圈（9）均由聚四氟乙烯制成。
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