CN110397783B - 一种紧凑型高可靠快速响应波纹管感温蜡温控阀芯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紧凑型高可靠快速响应波纹管感温蜡温控阀芯，涉及温控阀芯领域，包括储蜡罐、感温材料、导轨、波纹管和推杆，其中，波纹管顶部开口位置焊接于储蜡罐开口位置，波纹管位于储蜡罐内部，形成一体焊接结构，感温材料填充在波纹管和储蜡罐形成的一体焊接结构中，推杆位于波纹管内部的空腔中，与波纹管底部封口焊接在一起，导轨安装在波纹管周围。本发明结构紧凑，响应速度快，安全可靠，不存在波纹管胀破风险。

Description

一种紧凑型高可靠快速响应波纹管感温蜡温控阀芯

技术领域

本发明涉及温控阀芯领域，尤其涉及一种紧凑型高可靠快速响应波纹管感温蜡温控阀芯。

背景技术

液压系统、润滑系统、液冷系统等装置通常都要求对其工质的油液温度进行控制，特别是在运行中温度控制准确度要求较高的液压系统，如伺服系统，比例系统，液压元件试验台及连续运行的大型液压设备等。

目前，我国常见的温控方式为电测电控和机械组合匹配的冷却控制和以感温材料驱动机械结构的冷却控制。前者系统组成复杂，有较多故障点，并且属于开关控制，不能实现随系统发热量变化而调节冷却工质量。相比之下，以感温材料驱动机械结构的温控阀芯能更好地控制温度，具有结构简单、控制准确、可靠性高等优点。

传统温控阀芯采用橡胶囊-推杆结构。如图1所示，其结构从外到内分别为传统温控阀芯外壳12、传统温控阀芯外部石蜡11、传统温控阀芯橡胶套10、传统温控阀芯内部石蜡13、传统温控阀芯三道密封圈9和传统温控阀芯推杆8。传统温控阀芯外壳12通常由导热较好的金属组成，可以将外部热量较快传导至传统温控阀芯外部石蜡11。传统温控阀芯外部石蜡11因温度变化而发生体积变化，从而挤压传统温控阀芯橡胶套10，使之产生形变。同时，因传统温控阀芯橡胶套10和传统温控阀芯推杆8之间有可以提供润滑作用的传统温控阀芯内部石蜡13，传统温控阀芯橡胶套10形变的同时会推动传统温控阀芯推杆8运动，从而控制阀门开闭。该设计中传统温控阀芯橡胶套10易被传统温控阀芯推杆8磨损拉伤，导致传统温控阀芯使用寿命降低，并且在高温和低温环境，传统温控阀芯橡胶套10容易老化破裂。

传统串联设计波纹管温控阀芯使用波纹管温控阀芯，如图2所示，则可从结构上回避橡胶囊-推杆结构的传统温控阀芯的缺陷，实现更长寿命。该种温控阀芯使用可伸缩的波纹管1替代传统温控阀芯中的橡胶套，同样可以在温度变化时调整开度，并且过程中不存在摩擦。但传统串联设计波纹管温控阀芯存在以下技术问题：

1、所需石蜡体积较大，采用推杆、波纹管、储蜡罐由上到下依次串联的结构，整体尺寸长，不够紧凑，不易于安装，难以满足较小空间内的使用需求，在一些特殊场合设计余量小，实际应用中存在诸多掣肘。

2、传统串联设计波纹管温控阀芯由于储蜡罐和波纹管内均填有较多石蜡，导致温控阀芯导热性能下降，响应速度较慢。

3、波纹管的机械结构特性决定了其在超过设计伸长量的工作状态下可能会出现胀破。具体来说，传统串联设计波纹管温控阀芯的调温机制为降温时石蜡收缩波纹管压回，升温时石蜡膨胀波纹管拉伸，系统中一旦出现因其他部件损坏导致散热工质超温，使石蜡膨胀超出设计范围的情况，将导致波纹管过度拉伸，甚至胀破。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种紧凑型高可靠快速响应波纹管感温蜡温控阀芯。本发明结构紧凑，响应速度快，安全可靠，不存在波纹管胀破风险。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种温控阀芯以解决传统串联设计波纹管温控阀芯尺寸较大，不易安装，设计余量小；传统串联设计波纹管温控阀芯响应速度慢；超温工作状态时波纹管过度拉伸的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种紧凑型高可靠快速响应的的温控阀芯，包括储蜡罐、感温材料、波纹管和推杆，波纹管位于储蜡罐的内部，波纹管的顶部与储蜡罐的顶部焊接，波纹管与储蜡罐形成一体焊接结构，推杆位于波纹管内部的空腔中，推杆的一端与波纹管的底部封口焊接在一起，推杆、波纹管和储蜡罐在温控阀芯的高度方向上重叠的并联设计，感温材料被设置为填充在波纹管和储蜡罐形成的一体焊接结构中。

进一步的，波纹管的内部上方开口处填充弹性多孔材料，波纹管的内部上方开口被设置为仅供推杆上下活动。

进一步的，还包括导轨，导轨安装在波纹管的外周围，导轨平行于波纹管的轴心，导轨限制波纹管仅在轴向伸缩变形。

进一步的，导轨呈环形结构。

进一步的，还包括导热骨架，导热骨架填充在储蜡罐内部。

进一步的，导热骨架的可填充空间涵盖了波纹管的波片和导轨之间空间以外的所有空间。

本发明还提供一种紧凑型高可靠快速响应的温控阀芯的制备方法，包括如下步骤：

(a)提供储蜡罐、感温材料、导轨、波纹管和推杆，

(b)将波纹管置于储蜡罐内部，波纹管的顶部与储蜡罐的顶部焊接，波纹管与储蜡罐形成一体焊接结构，

(c)将推杆放置在波纹管内部的空腔中，推杆的一端与波纹管底部封口焊接在一起，推杆、波纹管和储蜡罐在温控阀芯的高度方向上重叠的并联设计，

(d)将感温材料填充在波纹管和储蜡罐形成的一体焊接结构中，

(e)导轨安装在波纹管的周围。

优选的，还包括步骤(f)：提供弹性多孔材料和导热骨架，弹性多孔材料填充在波纹管的内部上方开口处，导热骨架填充在储蜡罐内部。

关于导轨(2)，本发明还可提供一种等效方案：以图3为例，可取消环绕在波纹管(1)外部的导轨(2)，并将波纹管(1)上端开口处收紧，使之留下一个恰好允许推杆(6)上下活动的圆孔。

本发明还提供一种紧凑型高可靠快速响应的温控阀芯的使用方法，包括以下步骤：

(1)提供一种上述的温控阀芯，

(2)当外界温度达到温控阀芯设定的起始工作温度甚至高于工作温度时，感温材料受热膨胀，波纹管被压缩，推杆伸出，温控阀芯打开，

(3)当外界温度降低甚至降到起始工作温度之下时，感温材料凝固收缩，体积变小，波纹管同时被拉长，推杆缩回，温控阀芯关闭。

进一步的，步骤(2)中被压缩的波纹管内部的润滑工质排出，有效保护工作温度高于预先设定的正常工作温度的温控阀芯。

在本发明的较佳实施方式中，储蜡罐内的感温材料为石蜡；在本发明的另一种较佳实施方式中，选取蜂窝铝作为高导热骨架；在本发明的另一种较佳实施方式中波纹管内部上方开口处填充海绵网。

本发明实现了诸多技术效果。

图6对比了本发明与传统串联设计波纹管温控阀芯的区别。显而易见的，相比于传统串联设计波纹管温控阀芯中推杆、波纹管、储蜡罐在高度方向依次叠加串联分布的设计，本型波纹管采用了推杆、波纹管、储蜡罐在高度方向上重叠的并联设计，在实现相同行程的前提下，本发明需要占用的高度更小。能够有效优化空间利用，使温控阀芯设计更加紧凑，满足不同场所尤其是尺寸受限应用环境下的需求。

本发明填充了高导热骨架。传统串联设计波纹管温控阀芯并未针对石蜡进行强化换热设计，而且因结构设计原因，传统串联设计波纹管温控阀芯内部的石蜡无法填充高导热骨架，因为一旦在波纹管内部放置高导热骨架，温控阀芯伸缩时高导热骨架有可能会与波纹管发生干涉。本设计可在绝大部分区域内填充高导热骨架，有效提高换热性能，减少温控阀芯的热滞后现象，提高响应速度。

相比传统串联设计波纹管温控阀芯设计，在相同的石蜡填充量下，本发明的表面积更大，意味着更大的换热面积，从而能进一步提高温控阀芯响应速度。

在本发明中，当工质温度升高，温控阀芯处于打开状态下时，波纹管被压缩；温控阀芯关闭状态下，波纹管被拉长。相较于传统串联设计波纹管温控阀芯在超温工作的情况下，即温控阀芯开度超过设计上限时，可能会出现石蜡过度膨胀而撑破波纹管的危险，本型温控阀芯在超温工作时处于压缩状态，波纹管被挤压时可以顺利排出内部的润滑工质，不存在胀破风险。

本发明采用新的结构设计，在保持传统串联设计波纹管温控阀芯的优良寿命性能的同时，进一步优化温控阀芯的结构，解决其对空间利用率有限的问题，使结构更加紧凑的同时，依然保证较大行程。相比于传统串联设计波纹管温控阀芯，在相同行程要求下，温控阀芯的总高度得以有效降低；加入高导热骨架，改进石蜡的导热性能，降低温控阀芯的响应时间；改进机构设计，避免超温工况下波纹管过度膨胀带来使用寿命的显著损失。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是传统温控阀芯的结构示意图；

图2是传统串联设计波纹管温控阀芯结构示意图；

图3是本发明的结构示意图；

图4是本发明和传统串联设计波纹管温控阀芯可填充高导热骨架的空间对比图；

图5是本发明中的导轨示意图；

图6是本发明结构和传统串联设计波纹管温控阀芯结构对比图。

其中，1-波纹管，2-导轨，3-储蜡罐，4-凝固石蜡，5-融化石蜡，6-推杆，7-高导热骨架，8-传统温控阀芯推杆，9-传统温控阀芯三道密封圈，10-传统温控阀芯橡胶套，11-传统温控阀芯外部石蜡，12-传统温控阀芯外壳，13-传统温控阀芯内部石蜡。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图3所示，是本发明的结构示意图，左图展示温控阀芯关闭时的结构示意图，右图展示了温控阀芯打开时的结构示意图。整体结构包括储蜡罐3、石蜡、导轨2、波纹管1和推杆6。该温控阀芯整体采用并联设计，波纹管1的顶部焊接于储蜡罐3的顶部，波纹管1整体位于储蜡罐3内部，形成一体焊接结构，而推杆6位于波纹管1的内部的空腔中，与波纹管1的底部封口焊接在一起。当环境温度升高时，温控阀芯内凝固石蜡4融化，体积增加，波纹管1受到挤压缩短，导轨2限制波纹管只能在和导轨平行的方向缩短，推杆6上移，温控阀芯逐渐打开。当达到设定最高温度时，石蜡全部融化，温控阀芯达到最大行程，波纹管1缩短量达到最大。环境温度降低时，融化石蜡5凝固，体积减小，波纹管1被拉伸，导轨2限制波纹管只能在和导轨平行的方向延伸，推杆6下移，温控阀芯逐渐关闭。当温度降到起始工作温度之下时，石蜡完全凝固，波纹管1拉伸至最大距离，温控阀芯处于完全关闭状态。

如图4所示，是本发明和传统串联设计波纹管温控阀芯可填充高导热骨架的空间对比图，本发明可填充高导热骨架7的空间大于传统串联设计波纹管温控阀。网格部分所示区域为可以加入高导热骨架7的空间，空白部分为不能加入高导热骨架7的空间。左侧为本发明可填充高导热骨架7空间的示意图，右侧为传统串联设计波纹管温控阀芯可填充高导热骨架7空间的示意图。在本实施例中选取蜂窝铝作为高导热骨架7，填充高导热骨架7能够加快热传导速度，从而加快温控阀芯的响应速度。在传统串联设计波纹管温控阀芯中，整个波纹管内部都无法填充高导热骨架，因为冷热变化导致的波纹管伸缩容易与填充的高导热骨架发生干涉，影响传统串联设计波纹管温控阀芯的正常工作。而本发明的设计中则不存在这个问题，仅有波纹管的波片部分，不可填充高导热骨架，该部分体积远小于波纹管内部空间。

如图5所示，是本发明中的导轨示意图，在本实施例中石蜡作为感温材料。导轨为环形导轨，箭头指出本紧凑型高可靠快速响应波纹管感温蜡温控阀芯打开时，导轨首先引导石蜡沿导轨平行方向流动和膨胀，然后膨胀的石蜡挤压波纹管1底部，进而推动推杆6。当储蜡罐内石蜡融化时，环形导轨的存在将导致石蜡沿箭头所示方向膨胀和流动，并保证波纹管仅受竖直方向的挤压。若无此结构，波纹管容易在石蜡融化膨胀中受到垂直于轴向方向的不均匀受力，加快损坏速度。

在本发明中，波纹管内部上方开口处填充弹性多孔材料，优选为海绵网，用于过滤润滑工质中可能存在的微小金属碎屑，防止其进入波纹管内部波片的空隙之间，产生潜在的损坏风险。

在实际实施过程中，无论怎样改变波纹管的种类、材质、几何尺寸，石蜡填充区的强化换热方式，石蜡或其他感温材料的种类，温控阀芯的开闭温度、行程，导轨的结构或者有无导轨，以上形式的改变都不会从根本上改变本发明方法，即紧凑型的并联设计，波纹管内扣于石蜡填充区之间，储蜡罐、波纹管、推杆在高度方向上重叠排布。当温控阀芯处于开启状态时，波纹管被压缩；处于关闭状态时，波纹管被拉长，同时对整个石蜡填充区及波纹管添加高导热骨架进行强化换热，故而，它们都被认为是处于本发明权利要求书定义的范围之内。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种紧凑型高可靠快速响应的温控阀芯，其特征在于，包括储蜡罐、感温材料、波纹管和推杆，所述波纹管位于所述储蜡罐的内部，所述波纹管的顶部与所述储蜡罐的顶部焊接，所述波纹管与所述储蜡罐形成一体焊接结构，所述推杆位于所述波纹管内部的空腔中，所述推杆的一端与所述波纹管的底部封口焊接在一起，所述推杆、波纹管和储蜡罐在所述温控阀芯的高度方向上重叠的并联设计，所述感温材料被设置为填充在所述波纹管和所述储蜡罐形成的所述一体焊接结构中，还包括导轨，所述导轨被设置为安装在所述波纹管的周围，所述导轨为环形导轨，所述导轨平行于所述波纹管的轴心，所述导轨引导石蜡沿所述导轨平行方向流动和膨胀，膨胀的所述石蜡挤压所述波纹管底部，使得所述导轨限制所述波纹管仅在轴向伸缩变形，并保证所述波纹管仅受轴向的挤压。

2.如权利要求1所述的紧凑型高可靠快速响应的温控阀芯，其特征在于，所述波纹管的内部上方开口处填充弹性多孔材料，所述波纹管的内部上方开口被设置为仅供所述推杆上下活动。

3.如权利要求1所述的紧凑型高可靠快速响应的温控阀芯，其特征在于，还包括导热骨架，所述导热骨架填充在所述储蜡罐内部。

4.如权利要求3所述的紧凑型高可靠快速响应的温控阀芯，其特征在于，所述导热骨架的可填充空间涵盖了所述波纹管的波片和所述导轨之间空间以外的所有空间。

5.一种紧凑型高可靠快速响应的温控阀芯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（a）提供储蜡罐、感温材料、导轨、波纹管和推杆，

（b）将所述波纹管置于所述储蜡罐内部，所述波纹管的顶部与所述储蜡罐的顶部焊接，所述波纹管与所述储蜡罐形成一体焊接结构，

（c）将所述推杆放置在所述波纹管内部的空腔中，所述推杆的一端与所述波纹管底部封口焊接在一起，所述推杆、波纹管和储蜡罐在所述温控阀芯的高度方向上重叠的并联设计，

（d）将所述感温材料填充在所述波纹管和所述储蜡罐形成的所述一体焊接结构中，

（e）所述导轨安装在所述波纹管的周围，所述导轨呈环形结构，所述导轨平行于所述波纹管的轴心，所述导轨引导石蜡沿所述导轨平行方向流动和膨胀，膨胀的所述石蜡挤压所述波纹管底部，所述导轨限制所述波纹管仅在轴向伸缩变形，保证所述波纹管仅受轴向的挤压。

6.如权利要求5所述的紧凑型高可靠快速响应的温控阀芯的制备方法，其特征在于，还包括步骤（f）：提供弹性多孔材料和导热骨架，所述弹性多孔材料填充在所述波纹管的内部上方开口处，所述导热骨架填充在所述储蜡罐内部。

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