CN113028095B - 基于形状记忆合金的节流装置及控制通道开度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于形状记忆合金的节流装置及控制通道开度的方法，它包括阀体、纵向长度控制部件和横向长度控制部件，阀体内设有制冷剂通道；纵向长度控制部件包括纵向移动驱动组件和作为制冷剂通道的一纵向边界的纵向边界杆；纵向移动驱动组件与纵向边界杆相连以驱动纵向边界杆纵向移动，从而控制制冷剂通道的纵向长度；横向长度控制部件包括横向移动驱动组件和作为制冷剂通道的一横向边界的横向边界杆，横向移动驱动组件包括形状记忆合金体和适于对形状记忆合金体加减温以使形状记忆合金体产生形变的横向驱动组件，横向边界杆与形状记忆合金体相连。本发明可以实现制冷剂通道的开度在二维下的精确控制，提高开度控制的执行精度。

Description

基于形状记忆合金的节流装置及控制通道开度的方法

技术领域

本发明涉及一种基于形状记忆合金的节流装置及控制通道开度的方法，属于制冷技术领域。

背景技术

目前，在制冷技术领域中，节流装置是制冷系统中的重要组成部件，其作用是对冷凝器流出的高温高压液态制冷剂进行节流降压，获得低温低压的两相制冷剂流体，并用于调节进蒸发器的制冷剂流量，为系统提供最适合的制冷效果。

变排量压缩机是通过变排量阀来控制压缩机排量，压缩机变排量阀分为内部控制阀和外部控制阀，外部控制阀又分为电磁式和电动式两种方式。电动式外部控制阀采用步进电机驱动，通过改变步进电机的脉冲数，使传动杆向上或向下运动。但受到脉冲步数精度的限制，阀的开度精度有限，无法适应某些需要非常高精度的变工况场合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于形状记忆合金的节流装置，它可以实现制冷剂通道的开度在二维下的精确控制，提高开度控制的执行精度。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于形状记忆合金的节流装置，它包括：

阀体，所述阀体内设有制冷剂通道；

纵向长度控制部件，所述纵向长度控制部件包括纵向移动驱动组件和作为所述制冷剂通道的一纵向边界的纵向边界杆；所述纵向移动驱动组件与所述纵向边界杆相连以驱动所述纵向边界杆纵向移动，从而控制所述制冷剂通道的纵向长度；

横向长度控制部件，所述横向长度控制部件包括横向移动驱动组件和作为所述制冷剂通道的一横向边界的横向边界杆，所述横向移动驱动组件包括形状记忆合金体和适于对形状记忆合金体加减温以使形状记忆合金体产生形变的横向驱动组件，所述横向边界杆与所述形状记忆合金体相连以在所述形状记忆合金体发生形变时横向移动，从而控制所述制冷剂通道的横向长度。

进一步，所述横向边界杆适于在所述纵向边界杆的接触及继续下压后至少产生横向形变移动。

进一步，所述纵向移动驱动组件包括电机和动力传递机构，所述电机通过所述动力传递机构与所述纵向边界杆相连。

进一步，所述动力传递机构为丝杆螺母副，所述丝杆与所述电机的输出轴相连，所述螺母与所述纵向边界杆相连，所述螺母与所述阀体之间设有在所述电机驱动所述丝杆旋转时限定所述螺母纵向移动的移动限位机构。

进一步，所述横向驱动组件包括电源，所述电源与所述形状记忆合金体电性连接，所述电源适于加热所述形状记忆合金体，并通过改变所述电源电压以改变所述形状记忆合体的横向形变量。

进一步，所述形状记忆合金体为由形状记忆合金材料制成的弹簧。

进一步，所述横向边界杆滑动连接在所述阀体上。

进一步，基于形状记忆合金的节流装置还包括适于采集所述形状记忆合金体的温度信号以了解所述形状记忆合金体的横向形变量的温度传感器。

本发明还提供了一种基于形状记忆合金的节流装置控制通道开度的方法，方法的步骤中包括：

通过横向移动驱动组件改变形状记忆合金体的横向形变量和通过纵向移动驱动组件改变纵向边界杆的纵向位移量，实现对制冷剂通道的位置开度的精确控制。

进一步，步骤中还包括：

得到制冷剂通道的当前位置开度：通过采集形状记忆合金体的温度，了解所述形状记忆合金体的横向形变量；纵向移动驱动组件的驱动源为电机，通过采集输入电机的脉冲数，了解纵向边界杆的纵向位移量。

采用了上述技术方案后，本发明采用形状记忆合金体与电动式外部控制阀结合，应用形状记忆合金材料制成的弹簧以及电机分别作为两个维度的驱动元件，同时形状记忆合金体可带有相应的温度反馈装置（温度传感器），通过反馈的温度以及电机驱动器输入电机的脉冲可以得到制冷剂通道的当前位置开度，从而可以很好地通过控制电源电压以及输入电机的脉冲数，改变形状记忆合金体的横向形变量和纵向边界杆的纵向位移量，实现对制冷剂通道的位置开度的精确控制。本发明既在原有基础上提高了节流装置开度控制的执行精度，也对控制效果具有反馈功能，同时具有成本低、精度高、可靠性好等优点。

附图说明

图1为本发明的基于形状记忆合金的节流装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，一种基于形状记忆合金的节流装置，它包括：

阀体3，阀体3内设有制冷剂通道7；

纵向长度控制部件，纵向长度控制部件包括纵向移动驱动组件和作为制冷剂通道7的一纵向边界的纵向边界杆8；纵向移动驱动组件与纵向边界杆8相连以驱动纵向边界杆8纵向移动，从而调节制冷剂通道7的纵向长度；

横向长度控制部件，横向长度控制部件包括横向移动驱动组件和作为制冷剂通道7的一横向边界的横向边界杆6，横向移动驱动组件包括形状记忆合金体和适于对形状记忆合金体加减温以使形状记忆合金体产生形变的横向驱动组件，横向边界杆6与形状记忆合金体相连以在形状记忆合金体发生形变时横向移动，从而调节制冷剂通道7的横向长度。

形状记忆合金材料是集感知和驱动于一体的特殊功能材料，它除了具备金属所具有的强度、塑性、延展性和传导性之外，还具有非常奇特的形状记忆效应和超弹性，即处于低温下的形状记忆合金在外力作用下产生变形后，如果将其加热至超过其相变点的温度，它就会恢复到变形前状态的形状；而且在外力作用下它会产生远大于其弹性极限应变量的应变，卸载后又能自动恢复到原始状态。针对形状记忆合金材料的以上特点，通过控制其电压改变其温度即可改变阀口开度的大小，并可根据温度进行节流装置的位置反馈。

在本实施例中，制冷剂通道7为矩形，其一纵向边界为纵向边界杆8，另一纵向边界可以为阀体3，其一横向边界为横向边界杆6，其另一横向边界可以为阀体。

横向边界杆6适于在纵向边界杆8的接触及继续下压后至少产生横向形变移动，横向边界杆6可以由柔性材料制成，这样使得横向边界杆6可以受纵向边界杆8的挤压，并在纵向边界杆8的挤压下，产生横向形变；在解除外力的作用下还能恢复到原有长度。

具体地，如图1所示，纵向移动驱动组件可以为如下的结构，其包括电机1和动力传递机构2，电机1通过动力传递机构2与纵向边界杆8相连。

在本实施例中，动力传递机构2可以采用丝杆螺母副，丝杆与电机1的输出轴相连，螺母与纵向边界杆8相连，螺母与阀体3之间设有在电机1驱动丝杆旋转时限定螺母纵向移动的移动限位机构；电机1可以采用步进电机，当然，在其他一些实施例中，纵向移动驱动组件可以采用气缸的方式实现，气缸带动纵向边界杆8实现纵向伸缩。

在本实施例中，横向驱动组件可以为如下结构，包括电源4，电源4与形状记忆合金体电性连接，电源4适于加热形状记忆合金体，并通过改变电源4电压以改变形状记忆合体的横向形变量。

具体地，形状记忆合金体为由形状记忆合金材料制成的弹簧5。

具体地，横向边界杆6滑动连接在阀体3上。

具体地，还包括适于采集形状记忆合金体的温度信号以了解形状记忆合金体的横向形变量的温度传感器。温度传感器接收形状记忆合金体的温度，并将温度信号传递至控制器，控制器根据接收到的温度信号转化为电源电压，进一步转化为形状记忆合金体的形变位移，因此获得制冷剂通道7横向开度的反馈。

在本实施例中，制冷剂垂直于图1的表面在制冷剂通道7内流动，其外边界由纵向边界杆8和横向边界杆6构成。当系统的制冷剂流量需要变化时，控制输入电机1的脉冲信号发生变化，电机1通过动力传递机构2推动纵向边界杆8做竖直方向（纵向）的位移，从而改变制冷剂通道7的纵向长度；控制电源4电压改弹簧5的电流热效应强度，进而改变其温度和形变量，弹簧5推动横向边界杆6横向运动，从而改变制冷剂通道7的横向长度，实现制冷剂通道7内制冷剂流量的精准调节，当纵向边界杆8向下运动到与横向边界杆6相接触时，横向边界杆6受力被压缩，并能沿着纵向边界杆8底部进行水平滑动；当纵向边界杆8向上运动，横向边界杆6随之伸长并仍能沿着纵向边界杆8底部水平滑动。同时，根据输入电机1的脉冲信号以及弹簧5的温度信号计算制冷剂通道7的流通面积，从而获得节流装置开度的反馈值。当制冷剂的流量需要减小时，将根据目标流量增大输入电机1的脉冲数和电源4的电压，纵向边界杆8向下运动并压缩横向边界杆6，横向边界杆6被弹簧5推动向左运动，实现制冷剂通道7流通面积的减小；反之当制冷剂流量需要增大时，降低电机1的脉冲数和电源4的电压，纵向边界杆8和横向边界杆6分别向上和向右运动，制冷剂通道7截面积增大，实现制冷剂流量的增大。

实施例二

一种实施例一中的基于形状记忆合金的节流装置控制通道开度的方法，方法的步骤中包括：

通过横向移动驱动组件改变形状记忆合金体的横向形变量和通过纵向移动驱动组件改变纵向边界杆8的纵向位移量，实现对制冷剂通道7的位置开度的精确控制。

步骤中还包括：

得到制冷剂通道7的当前位置开度：通过采集形状记忆合金体的温度，了解形状记忆合金体的横向形变量；纵向移动驱动组件的驱动源为电机1，通过采集输入电机1的脉冲数，了解纵向边界杆8的纵向位移量。

以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

Claims (7)

1.一种基于形状记忆合金的节流装置，其特征在于，它包括：

阀体（3），所述阀体（3）内设有制冷剂通道（7）；

纵向长度控制部件，所述纵向长度控制部件包括纵向移动驱动组件和作为所述制冷剂通道（7）的一纵向边界的纵向边界杆（8）；所述纵向移动驱动组件与所述纵向边界杆（8）相连以驱动所述纵向边界杆（8）纵向移动，从而调节所述制冷剂通道（7）的纵向长度；

横向长度控制部件，所述横向长度控制部件包括横向移动驱动组件和作为所述制冷剂通道（7）的一横向边界的横向边界杆（6），所述横向移动驱动组件包括形状记忆合金体和适于对形状记忆合金体加减温以使形状记忆合金体产生形变的横向驱动组件，所述横向边界杆（6）与所述形状记忆合金体相连以在所述形状记忆合金体发生形变时横向移动，从而调节所述制冷剂通道（7）的横向长度；

所述横向边界杆（6）适于在所述纵向边界杆（8）的接触及继续下压后至少产生横向形变移动；

所述纵向移动驱动组件包括电机（1）和动力传递机构（2），所述电机（1）通过所述动力传递机构（2）与所述纵向边界杆（8）相连；

所述横向驱动组件包括电源（4），所述电源（4）与所述形状记忆合金体电性连接，所述电源（4）适于加热所述形状记忆合金体，并通过改变所述电源（4）电压以改变所述形状记忆合体的横向形变量。

2.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的节流装置，其特征在于，

所述动力传递机构（2）为丝杆螺母副，所述丝杆与所述电机（1）的输出轴相连，所述螺母与所述纵向边界杆（8）相连，所述螺母与所述阀体（3）之间设有在所述电机（1）驱动所述丝杆旋转时限定所述螺母纵向移动的移动限位机构。

3.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的节流装置，其特征在于，

所述形状记忆合金体为由形状记忆合金材料制成的弹簧（5）。

4.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的节流装置，其特征在于，

所述横向边界杆（6）滑动连接在所述阀体（3）上。

5.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的节流装置，其特征在于，

还包括适于采集所述形状记忆合金体的温度信号以了解所述形状记忆合金体的横向形变量的温度传感器。

6.一种如权利要求1至5中任一项所述的基于形状记忆合金的节流装置控制通道开度的方法，其特征在于，方法的步骤中包括：

通过横向移动驱动组件改变形状记忆合金体的横向形变量和通过纵向移动驱动组件改变纵向边界杆（8）的纵向位移量，实现对制冷剂通道（7）的位置开度的精确控制。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤中还包括：

得到制冷剂通道（7）的当前位置开度：通过采集形状记忆合金体的温度，了解所述形状记忆合金体的横向形变量；纵向移动驱动组件的驱动源为电机（1），通过采集输入电机（1）的脉冲数，了解纵向边界杆（8）的纵向位移量。