CN114293645A - 一种用于控制流体流动的设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于控制流体流动的设备,包括具有在第一温度下的第一物理特性和在第二温度下的第二物理特性的温度敏感材料,用于控制流体流动的控制装置,以及用于将该温度敏感材料连接到该流体流动控制装置的连接装置。该连接装置可以被配置为使得该流体流动控制装置在第一温度下处于第一位置并且在第二温度下处于第二位置。该温度敏感材料可以是铝线或不锈钢线。该温度敏感材料可以具有阿基米德螺旋的形状。该连接装置可以是运动放大器。该第一温度可以是低温温度。
Description
技术领域
本申请涉及低温液体流动技术领域,尤其涉及一种用于控制低温液体流体流动的设备。
背景技术
在工业设施中,低温液体泄漏到雨水排水网络系统中可能是非常危险的。它可能在公共或工业区域引起火灾或窒息事件。正常的工业实践一直是水虹吸系统。在水虹吸系统中,将一定体积的水维持在排水池中。此排水池被连接到排水网络系统。在正常情况下,雨水或任何流水会排入排水池,然后排入排水网络系统。然而,在低温液体泄漏的情况下,当低温液体进入排水池时,所存在的积水将冻结,最终低温液体将蒸发。这防止了低温液体进入排水网络系统。
这种系统需要将一定体积的水维持在排水池中。在一些炎热干燥的地区(比如中国北方),水将往往很快蒸发,并且存在水池干涸的风险。因此,在这种地区需要定期给水池注水。
因此,工业中需要一种主要可以在应用于没有水的情况下操作的纯机械机构。这种系统在以下情况下可能是有利的,例如排水网络利用湿密封,其可能存在定期干涸的情况。例如低温液体蒸发器烟囱底坑,这种系统可能发现由于该区域中所存在的高地下水位而积水的情况。或用于无需电源的低温检测的其他应用,比如平底罐区域泄漏检测系统。
发明内容
一种用于控制流体流动的设备,包括具有在第一温度下的第一物理特性和在第二温度下的第二物理特性的温度敏感材料、用于控制流体流动的控制装置、以及用于将该温度敏感材料连接到该流体流动控制装置的连接装置。该连接装置可以被配置为使得该流体流动控制装置在第一温度下处于第一位置并且在第二温度下处于第二位置。该温度敏感材料可以是铝线或不锈钢线。该温度敏感材料可以具有阿基米德螺旋的形状。该连接装置可以是运动放大器。该第一温度可以是低温温度。
附图说明
为了进一步理解本发明的本质和目的,应结合附图来参考以下详细说明,在附图中类似的元件被赋予相同或类似的附图标记,并且在附图中:
图1是根据本发明的一个实施例的温度传感器的示意图。
图2是根据本发明的一个实施例的温度传感器的示意图,图示了螺旋形状和传感器引导件。
图3a是根据本发明的一个实施例的温度传感器的示意图,图示了触发器环的第一或“热”位置。
图3b是根据本发明的一个实施例的温度传感器的示意图,图示了触发器环的第二或“冷”位置。
图4a是根据本发明的一个实施例的温度传感器的示意图,图示了传感器引导件。
图4b是根据本发明的一个实施例的传感器引导件的示意图。
图5a是根据本发明的一个实施例的示意图,图示了正常操作条件下触发器环相对于触发器的位置。
图5b是根据本发明的一个实施例的示意图,图示了低温泄漏条件下触发器环相对于触发器的位置。
图6是根据本发明的一个实施例的在正常操作条件下的温度传感器系统的示意图。
图7是根据本发明的一个实施例的在雨水排水条件下的温度传感器系统的示意图。
图8是根据本发明的一个实施例的在低温泄漏条件下的温度传感器系统的示意图。
图9a是根据本发明的一个实施例的示意图,图示了微位移放大系统,其中触发器环相对于触发器处于正常操作条件下的位置。
图9b是根据本发明的一个实施例的示意图,图示了微位移放大系统,其中触发器环相对于触发器处于低温泄漏条件下的位置。
图10是根据本发明的一个实施例的在正常操作条件下的温度传感器系统的示意图。
图11是根据本发明的一个实施例的在雨水排水条件下的温度传感器系统的示意图。
图12是根据本发明的一个实施例的在低温泄漏条件下的温度传感器系统的示意图。
元件编号
101=温度传感器
102=内线
103=聚四氟乙烯管
104=外管
105=锚定点
106=触发器环
107=传感器引导件
108=触发器
109=格栅
110=收集室
111=排水塞
112=排水塞弹簧
113=出口室
114=出口
115=低温液体
116=雨水
117=铰接点
118=第一滑动点
119=第二滑动点
120=触发器杆
121=杠杆
122=传感器引导槽
具体实施方式
以下描述了本发明的说明性实施例。虽然本发明易受各种修改和替代形式的影响,但其具体实施例已通过举例在附图中示出并且在本文中详细描述。然而,应理解的是,本文中对具体实施例的说明不旨在将本发明限于所披露的具体形式,而是相反地,其意图是涵盖落入如由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等效物以及替代物。
当然,将了解的是,在任何这类实际实施例的研制中,必须做出许多对实现方式特定的决策来实现开发者的特定目标(例如,遵守与系统相关及与商业相关的约束),这些特定目标将随实现方式的不同而变化。此外,将了解的是,这样的发展工作可能是复杂且耗时的,但是对获得本披露益处的本领域普通技术人员而言仍是常见的保证。
转到图1,温度传感器101包括外管104和内线102。温度传感器101还可以包括聚四氟乙烯管103。内线102的一端具有锚定点105。在时间=T0时,温度传感器101具有L0的整体长度。当温度传感器101经历温度降低时,在时间=T1时,由于热收缩,整体长度L1已经变化。随着温度传感器101经历温度降低,外管104还将经历整体长度从TL0到TL1的变化。然而,外管104由与内线102不同的材料构成,并且将经历更少的变化。
铝的线性热膨胀系数在21与24[10-6m/(m℃)]之间。碳钢的线性热膨胀系数在10.8与12.5[10-6m/(m℃)]之间。不锈钢的线性热膨胀系数在9.9与17.3[10-6m/(m℃)]之间。以及,因瓦合金的线性热膨胀系数为1.5[10-6m/(m℃)]。
因此,利用由除因瓦合金以外的任何材料制成的管将导致外管104膨胀得几乎与内线102一样多。正如详细描述本发明时显而易见的,这将是不希望的,并且可能导致装置无法使用。然而,因瓦合金的线性热膨胀系数非常低,其收缩量仅为铝的约1/15、碳钢的约1/8、以及不锈钢的约1/10。因此,优选的是,外管104由因瓦合金制成。在一个实施例中,内线102由不锈钢制成并且外管104由因瓦合金制成。在另一个实施例中,内线102由铝制成并且外管104由因瓦合金制成。在又一个实施例中,内线102由碳钢制成并且外管104由因瓦合金制成。
转到图2、图3a、图3b、图4a和图4b,呈现了温度传感器101的一个实施例。在此实施例中,温度传感器101呈螺旋(优选地阿基米德螺旋)形状。此形状有效地允许在相当紧凑的空间中利用相当长的温度传感器101。温度传感器101的一端被固定在锚定点105处。由于温度传感器101被缠绕成螺旋形状,根据需要定位传感器引导件107。传感器引导件107允许温度传感器101响应于温度变化以线性方式膨胀,同时维持螺旋形状的边界。响应于温度变化,触发器环106的位置发生变化,其后果将在下面进一步解释。
转到图3a,温度传感器101处于“暖”或“热”状态。触发器环106处于第一位置(被标示为“X”)。转到图3b,温度传感器101现在处于“凉”或“冷”状态。温度传感器101收缩。外管104将收缩得非常小,同时内线102将收缩到更大程度。如上所述,传感器引导件107允许在外管104收缩时维持螺旋形状。随着内线102收缩,触发器环106从第一位置移动到第二位置(被标示为“Y”)。这些位置之间的差异指示温度传感器101的总收缩。图4a和图4b图示了传感器引导件107的两个非限制性实施例。传感器引导件107可以包括具有直线或曲线槽122的几个阻挡件,槽的尺寸略大于外管104的外径。传感器引导槽122的宽度(或直径)可以比外管104的外径大1mm。可以有四个传感器引导槽122均匀地位于螺旋周围。可以有三个传感器引导槽122均匀地位于螺旋周围(未示出)。
转到图5a和图5b,示出了触发器环106的细节。触发器108将被附接到排水塞(如下所述)。如果情况是使得期望排水塞移动(即允许相关联的水池排水),则触发器环106应该处于图5a所示的位置。这种位置将允许触发器108在触发器环106内自由移动。如果情况是使得不期望排水塞移动(即不允许相关联的水池排水),则触发器环106应该处于图5b所示的位置。这种位置将不允许触发器108在触发器环106内自由移动。
图6、图7和图8描述了系统的基本操作。如图6所示,暴风雨水或雨水池具有格栅109,该格栅将大型物体和碎屑挡在内部收集室110之外。大体上如上所述,温度传感器101具有锚定点105、传感器引导件107和触发器环106。在收集室110内,排水塞111由排水塞弹簧112定位并保持就位。触发器108被附接到排水塞111,并且用作通断开关。在排水塞111下方是出口室113,其中雨水收集并通过出口114排出。在正常干燥条件下,触发器108处于触发器环107内如果需要可以自由移动的位置。
转到图7,描述雨水池的正常操作。雨水116收集在收集室110内。当存在预定量的水时,由排水塞111上的水的重量提供的力将引起排水塞弹簧112压缩。由于雨水不足够冷以引起温度传感器101显著收缩,所以触发器环106仍处于允许触发器108移动的位置。因此,塞111向下移动,允许雨水进入出口室113并通过出口114排出。
转到图8,描述了低温液体泄漏的异常操作。低温液体115进入并收集在收集室110内。低温液体115足够冷以引起温度传感器101显著收缩。温度传感器101的此收缩将引起触发器环106移动并且现在处于不允许触发器108移动的位置。无论泄漏的程度如何,由低温液体115施加的压力都不足以压缩排水塞弹簧112并允许低温液体115离开水池。低温液体115将被保持在收集室110中直到它蒸发和消散。
转到图9a和图9b,呈现了温度传感器101的另一个实施例。在此实施例中,温度传感器101利用微位移或运动放大器。此形状基本上借助于简单的杠杆来使用位移倍增原理。
同样,温度传感器101的一端被固定在锚定点105处。当温度传感器101收缩时,这使得第一滑动点118移动。第一滑动点118被固定地附接到温度传感器101,但是沿着杠杆121移动或滑动。当第一滑动点118沿杠杆121移动时,它随之“拉动”杠杆121,使杠杆在铰接点117处枢转。第一滑动点118距铰接点117的第一距离为E。这进而引起第二滑动点119沿杠杆121滑动。第二滑动点119距铰接点117的第一距离为R。触发器杆120被固定地附接到杠杆121,并且因此被触发器杆120“拉动”。由于触发器杆120被附接到触发器环106,然后触发器环106移动到阻挡触发器108移动的位置。
转到图9a,温度传感器101处于“暖”或“热”状态。触发器环106处于第一位置(被标示为“X”)。转到图9b,温度传感器101现在处于“凉”或“冷”状态。温度传感器101收缩。随着内线102收缩,触发器环106从第一位置移动到第二位置(被标示为“Y”)。这些位置之间的差异指示温度传感器101的总收缩。温度传感器101的此总收缩乘以R/E的比率,结果是第二滑动点119移位的量。这也是触发器环106移位从而阻挡触发器108移动的距离。
转到图10、图11和图12,描述了系统的基本操作。如图10所示,暴风雨水或雨水池具有内部收集室110。总体上如上所述,温度传感器101具有锚定点105、铰接点117、第一滑动点118、第二滑动点119、触发器杆120和触发器环106。在收集室110内,排水塞111由排水塞弹簧112定位并保持就位。触发器108被附接到排水塞111,并且用作通断开关。在排水塞111下方是出口室113,其中雨水收集并通过出口114排出。在正常干燥条件下,触发器108处于触发器环107内如果需要可以自由移动的位置。
转到图11,描述了雨水池的正常操作。雨水116收集在收集室110内。当存在预定量的水时,由排水塞111上的水的重量提供的力将引起排水塞弹簧112压缩。由于雨水不足够冷以引起温度传感器101显著收缩,所以触发器环106仍处于允许触发器108移动的位置。因此,塞111向下移动,允许雨水进入出口室113并通过出口114排出。
转到图12,描述了低温液体泄漏的异常操作。低温液体115进入并收集在收集室110内。低温液体115足够冷以引起温度传感器101显著收缩。温度传感器101的此收缩将引起触发器环106移动并且现在处于不允许触发器108移动的位置。无论泄漏的程度如何,由低温液体115施加的压力都不足以压缩排水塞弹簧112并允许低温液体115离开水池。低温液体115将被保持在收集室110中直到它蒸发和消散。
应当理解,由本领域技术人员可在如所附权利要求中所表述的本发明的原则和范围内做出本文已经描述以解释本发明的本质的细节、材料、步骤和零件布置上的许多附加的改变。因此,本发明不旨在限于以上给出的实例中的具体实施例。
Claims (12)
1.一种用于控制流体流动的设备,其特征在于,包括:
●温度敏感材料,该温度敏感材料包括在第一温度下的第一物理特性和在第二温度下的第二物理特性,
●用于控制流体流动的控制装置,
●用于将该温度敏感材料连接到该流体流动控制装置的连接装置,
其中,该连接装置被配置为使得该流体流动控制装置在第一温度下处于第一位置并且在第二温度下处于第二位置。
2.如权利要求1所述的设备,其特征在于:该温度敏感材料是铝线或不锈钢线。
3.如权利要求2所述的设备,其特征在于:该温度敏感材料包括阿基米德螺旋的形状。
4.如权利要求1所述的设备,其特征在于:该连接装置是运动放大器。
5.如权利要求1所述的设备,其特征在于:该第一温度是低温温度。
6.如权利要求1所述的设备,其特征在于:该第一温度小于等于-150℃。
7.如权利要求1所述的设备,其特征在于:该第一温度小于等于-173℃。
8.如权利要求1所述的设备,其特征在于:该第一温度小于等于-196℃。
9.如权利要求1所述的设备,其特征在于:该第二温度是环境温度。
10.如权利要求1所述的设备,其特征在于:该第二温度大于0℃。
11.如权利要求1所述的设备,其特征在于:该第二温度大于20℃。
12.如权利要求1所述的设备,其特征在于:该连接装置被配置为将该流体控制装置保持在该第一位置,以及将该流体控制装置释放到该第二位置。
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