CN202852166U

CN202852166U - 一种温控阀

Info

Publication number: CN202852166U
Application number: CN 201220582618
Authority: CN
Inventors: 余峻辉; 邱锐杰; 余业球; 黎沃光; 黄宇君; 张伟涛; 杨伟杰; 胡烈聪; 陈康
Original assignee: 胡烈聪; 陈康
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2022-11-07

Abstract

本实用新型提供一种温控阀，包括阀体、阀芯、形状记忆合金弹簧、弹性件和调温旋钮，所述阀体设有热水入口、冷水入口和混合水出口，所述阀芯设于阀体内，所述形状记忆合金弹簧和弹性件分别设于阀芯的两端，所述调温旋钮控制弹性件，所述形状记忆合金弹簧为柱状晶铜基形状记忆合金材料制成，并控制所述阀芯对热水入口和冷水入口进行调节。本实用新型采用柱状晶铜基形状记忆合金制成的形状记忆合金弹簧具有回复率高、抗疲劳性能优越、生产成本低的优点。同时本实用新型控温精度高，工作温度范围广，能够应用于普通燃气热水器及太阳能热水器等温度控制中，还能应用于防火装置、工业阀门等温度较高的行业。

Description

一种温控阀

技术领域

本实用新型涉及一种温控装置，特别涉及一种能够自动调节温度，控温精度高的温控阀。

背景技术

目前，市面上的温控阀分为机械式温控阀和新材料自动温控阀。传统的机械式温控阀虽然结构简单且成本较低，但需要使用者手动操作，不能实现自动控制。使用新材料作为感温及驱动元件的温控阀分为石蜡型和形状记忆合金型（SMA），其中石蜡型温控阀存在着反应速度慢、温度瞬间超越值过大等缺点，其温度瞬间超越值大概为5℃至10℃。

使用形状记忆合金作为感温及驱动元件则可避免以上缺陷，其工作原理为通过调温旋钮设置控温温度，当出水温度高于控温温度时，形状记忆合金弹簧伸长，推动阀芯移动使热水入口变小，冷水入口变大，从而降低出水温度；反之，当出水温度低于控温温度时，则阀芯逆向运动，使出水温度升高。

目前应用于温控阀的形状记忆合金有NiTi合金和铜基形状记忆合金，其中NiTi合金反应速度极快，温度瞬间超越值能控制在2℃以下，在40℃附近的反应极其灵敏，能满足使用者进行无级微调的需要。然而NiTi合金自身的缺点也不能避免，其强度相对较低，在实际应用中常受周期性应力或应变作用，随着循环次数的增加和缺陷的积累容易导致疲劳失效，包括结构性疲劳和功能性疲劳。同时制造成本高昂，市场价格高，普及难度大，其相变温度范围在-10~60℃，工作范围窄，通常只能在低于100℃的温度下工作，有一定的使用局限性。

铜基形状记忆合金根据金相组织不同分为等轴晶铜基形状记忆合金和柱状晶铜基形状记忆合金，具有工作温度范围广、导热率高、成本较低等优点，但目前传统加工工艺只能生产等轴晶铜基形状记忆合金，其主要问题是晶体各项异性导致的晶界应力集中，体现为脆性大、性能不稳定。因此，虽然已有大量的形状记忆合金温控阀的研究、设计和专利，但由于上述缺点，一直不能达到实际应用。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种能够自动调节温度，控温精度高，成本降低且性能可靠的温控阀。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种温控阀，包括阀体、阀芯、形状记忆合金弹簧、弹性件和调温旋钮，所述阀体设有热水入口、冷水入口和混合水出口，所述阀芯设于阀体内，所述形状记忆合金弹簧和弹性件分别设于阀芯的两端，所述调温旋钮控制弹性件，所述形状记忆合金弹簧为柱状晶铜基形状记忆合金材料制成，并控制所述阀芯对热水入口和冷水入口进行调节。

本实用新型通过调温旋钮设置控温温度，当出水温度高于控温温度时，形状记忆合金弹簧伸长，推动阀芯移动使热水入口变小，冷水入口变大，从而降低出水温度；反之，当出水温度低于控温温度时，则阀芯逆向运动，使出水温度升高。采用柱状晶铜基形状记忆合金制成的形状记忆合金弹簧与石蜡、NiTi合金以及等轴晶铜基形状记忆合金相比，具有回复率高、抗疲劳性能优越、生产成本低的优点。同时本实用新型控温精度高，工作温度范围广，能够应用于普通燃气热水器及太阳能热水器等温度控制中，还能应用于防火装置、工业阀门等温度较高的行业。

在一个实施方式中，所述柱状晶铜基形状记忆合金为CuAlNi、CuAlBe、CuAlMn或CuZnAl。由于其形状记忆效应，均能用于温控阀的感温元件。优选的，所述柱状晶铜基形状记忆合金为CuAlNi 。CuAlNi合金原材料来源广泛，易于加工成型，生产成本低。

在一个实施方式中，所述阀芯为两端直径大、中间直径小的圆柱体结构，所述阀芯的两端分别对热水入口和冷水入口进行调节，所述阀芯的中间段与阀体形成一凹腔。阀芯的两端分别与阀体配合阻挡热水入口和冷水入口，调节冷热水流量，中间的凹腔用于进行冷热水混合。

在一个优选实施方式中，所述阀芯的中间段设有至少一导流孔，所述导流孔分别与混合水出口和凹腔连通，用于使凹腔内的混合水流出。导流孔的孔径和数量根据流量需求具体设定。

在一个实施方式中，所述阀芯内靠近弹性件的一端设有恒压孔。恒压孔用于平衡弹性件所在腔体的水压，保证控温精度。

在一个实施方式中，所述阀体和阀芯之间为间隙配合，便于阀芯在阀体内移动，对热水入口和冷水入口进行调节，并且调温速度快。

在一个实施方式中，所述调温旋钮设有调节弹性件的挡板。调温旋钮通过挡板对弹性件进行调节，使弹性件对形状记忆合金弹簧产生不同的预紧力，设置控温温度，达到调温的目的。

在一个优选实施方式中，所述阀体的两端分别设有前盖和后盖。更优选的，所述前盖和后盖与所述阀体之间均设有密封圈，对阀体进行密封，防止漏水。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用柱状晶铜基形状记忆合金制成的形状记忆合金弹簧与石蜡、NiTi合金以及等轴晶铜基形状记忆合金相比，具有回复率高、抗疲劳性能优越、生产成本低的优点。同时本实用新型控温精度高，工作温度范围广，能够应用于普通燃气热水器及太阳能热水器等温度控制中，还能应用于防火装置、工业阀门等温度较高的行业。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的结构示意图。

图2是图1的立体结构示意图。

图3图2的透视图。

图4是图1中阀体的结构示意图。

图5是图1中阀芯的结构示意图。

图6是NiTi合金多次变形后应力应变曲线的变化图。

图7是CuAlNi多次变形后应力应变曲线的变化图。

图中省略了与本实用新型设计要点无关的其他部件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型做进一步详细说明。

如图1至图4所示，本实用新型的一种温控阀100，包括阀体101、阀芯102、形状记忆合金弹簧103、弹性件（本实施例中为一偏置弹簧104）和调温旋钮105。所述阀体101设有热水入口106、冷水入口107和混合水出口108，所述阀体101的两端分别设有前盖109和后盖110，通过螺钉111分别与前盖109和后盖110连接。前盖109和后盖110与阀体101之间均设有密封圈112，对阀体101进行密封。所述形状记忆合金弹簧103和偏置弹簧104分别设于阀芯102的两端，所述调温旋钮105设有调节偏置弹簧104的挡板113。调温旋钮105通过挡板113对偏置弹簧104进行调节，使偏置弹簧104对形状记忆合金弹簧103产生不同的预紧力，设置控温温度，达到调温的目的。所述形状记忆合金弹簧103为柱状晶铜基形状记忆合金材料制成，并控制所述阀芯102对热水入口106和冷水入口107进行调节。所述阀体101和阀芯102之间为间隙配合，便于阀芯102在阀体101内移动。

如图5所示，本实施例中，所述阀芯102为两端直径大、中间直径小的圆柱体结构，所述阀芯102的两端分别对热水入口106和冷水入口107进行调节，所述阀芯102的中间段与阀体101形成一凹腔114。阀芯102的两端分别与阀体101配合阻挡热水入口106和冷水入口107，调节冷热水流量，中间的凹腔114用于进行冷热水混合。所述阀芯102的中间段设有至少一导流孔115，所述导流孔115分别与混合水出口108和凹腔114连通，用于使凹腔114内的混合水流出。所述阀芯102内靠近偏置弹簧104的一端还设有恒压孔116。恒压孔116用于平衡偏置弹簧104所在腔体的水压，保证控温精度。和以往的温控阀相比，本实用新型的阀芯结构简单，加工方便。

本实用新型通过调温旋钮105设置控温温度T，当出水温度高于控温温度T时，形状记忆合金弹簧103被加热会增加回复力，推动阀芯102在阀体101内移动，阀芯102的一端挡住热水入口106，使热水入口106变小，阀芯102的另一端从冷水入口107移开，使冷水入口107变大，从而降低出水温度，使混合水温度降低至控温温度T；反之，当出水温度低于控温温度T时，形状记忆合金弹簧103回复力减小，在偏置弹簧104的作用下，阀芯102逆向运动，使出水温度升高至控温温度T，达到控温的目的。

本实施例中，所述柱状晶铜基形状记忆合金为CuAlNi。CuAlNi合金原材料来源广泛，易于加工成型，生产成本低。当然在其他实施方式中，所述柱状晶铜基形状记忆合金还能为CuAlBe、CuAlMn、CuZnAl等合金，由于其形状记忆效应，均能用于温控阀的感温元件。

经研究，CuAlNi合金与NiTi合金等相比，有以下优势：

1、回复率高，具有优良的形状记忆效应：用热型连铸法制得的柱状晶CuAlNi合金丝，抗拉强度可达633Mpa，延伸率14.95%，最大可恢复应变达10%。在6%的应变下，反复变形30000多次后，回复率仍为100%。如图6、图7所示，NiTi合金在多次变形以后，会产生形状记忆退化，而CuAlNi合金在多次变形后仍能保持100%回复率。

2、抗疲劳性能优越：NiTi合金容易疲劳失效，包括结构性疲劳和功能性疲劳。等轴晶合金，其主要问题是晶体各项异性导致的晶界应力集中，体现为脆性大、性能不稳定。CuAlNi合金属于柱状晶合金，晶粒排列取向一致，消除晶粒在晶界的应力集中，所以具有优越的抗疲劳性能。

3、市场开发价值高：经过试验可测得CuAlNi合金的成分为14%的Al，4%的Ni，其余为Cu。和NiTi合金相比，CuAlNi合金原材料来源广泛，易于加工成型，价格低于NiTi合金，节约生产成本，是具有实用开发价值的一种合金材料。

4、应用领域广：NiTi合金的相变温度范围在-10~60℃，工作范围窄，通常只能在低于100℃的温度下工作，有一定的使用局限性。柱状晶的CuAlNi合金的相变温度范围可达-100℃~200℃，比NiTi合金的工作温度范围大得多，应用范围不仅仅局限于普通燃气热水器及太阳能热水器等淋浴水阀，还能应用于防火装置、工业阀门等工作温度较高的行业。

5、控温精度高：NiTi合金的控温精度在±2℃，其温度误差为4℃，而CuAlNi合金的出水温度误差为1.5℃，相比NiTi合金有明显优势。

此外，本实用新型的调温温度范围为37.5-39.5℃，调温能力可靠。同时结构简单紧凑，各零件易于加工制造，生产成本低，适合批量生产。

以上仅为本实用新型的优选实施例，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型做出的非实质性修改，也均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种温控阀，包括阀体、阀芯、形状记忆合金弹簧、弹性件和调温旋钮，所述阀体设有热水入口、冷水入口和混合水出口，所述阀芯设于阀体内，所述形状记忆合金弹簧和弹性件分别设于阀芯的两端，所述调温旋钮控制弹性件，其特征在于，所述形状记忆合金弹簧为柱状晶铜基形状记忆合金材料制成，并控制所述阀芯对热水入口和冷水入口进行调节。

2.根据权利要求1所述的温控阀，其特征在于，所述柱状晶铜基形状记忆合金为CuAlNi、CuAlBe、CuAlMn或CuZnAl。

3.根据权利要求2所述的温控阀，其特征在于，所述柱状晶铜基形状记忆合金为CuAlNi。

4.根据权利要求1所述的温控阀，其特征在于，所述阀芯为两端直径大、中间直径小的圆柱体结构，所述阀芯的两端分别对热水入口和冷水入口进行调节，所述阀芯的中间段与阀体形成一凹腔。

5.根据权利要求4所述的温控阀，其特征在于，所述阀芯的中间段设有至少一导流孔，所述导流孔分别与混合水出口和凹腔连通。

6.根据权利要求4所述的温控阀，其特征在于，所述阀芯内靠近弹性件的一端设有恒压孔。

7.根据权利要求1所述的温控阀，其特征在于，所述阀体和阀芯之间为间隙配合。

8.根据权利要求1所述的温控阀，其特征在于，所述调温旋钮设有调节弹性件的挡板。

9.根据权利要求1至8任一项所述的温控阀，其特征在于，所述阀体的两端分别设有前盖和后盖。

10.根据权利要求9所述的温控阀，其特征在于，所述前盖和后盖与所述阀体之间均设有密封圈。