CN208764447U - 形状记忆合金驱动型温度控制水阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种形状记忆合金驱动型温度控制水阀，包括：壳体，其设有进水口和排水口；活塞，所述活塞以可沿壳体轴向往复滑动的方式设置于壳体内，并将壳体内腔分隔为进水腔和排水腔，且活塞上设有使液体从进水腔流向排水腔的过孔；所述形状记忆合金弹簧和偏置弹簧分别设置在活塞的轴向两侧，当进入壳体内的水温高于设定阈值后，所述形状记忆合金弹簧将伸长并推动活塞将所述进水口或排水口封堵，当壳体内的水温低于设定阈值后，所述形状记忆合金弹簧将收缩，将所述进水口或排水口打开；本实用新型的水阀利用形状记忆合金材料的形状记忆效应和超弹性控制水阀的开启和关闭，当小鼠饮用水高于设定温度值时能够自动关闭，避免小鼠饮水时被热水烫伤。

Description

形状记忆合金驱动型温度控制水阀

技术领域

本实用新型涉及水温控制阀领域，特别涉及一种形状记忆合金驱动型温度控制水阀。

背景技术

实验小鼠即小白鼠，属于脊椎动物门，哺乳纲、啮齿目、鼠科动物。小白鼠体型小，饲养管理方便，易于控制；生产繁殖速度快。现已拥有大量的具有不同特点的近交系、突变系和封闭群体，并已形成多种国际公认的标准品系，被广泛应用于各种营养学实验研究中。目前，对于实验小鼠的饮用水，通常采用化学消毒剂或煮沸的方式进行消毒，然而，化学消毒剂常常会导致小鼠会出现疾病或其它问题；而通过煮沸的方式对水进行的消毒，需要避免直接提供热水造成小鼠的烫伤，热水在等待冷却的过程中需要耗费时间和人力；因此需要设计一种由水温控制开启和关闭的温度控制型阀门来实现小鼠饮用水的供应。

要实现水阀开闭由水温进行智能控制，就需要通过智能元件来做成阀的驱动部分，现有技术中，通常采用电磁阀来实现，即利用传感器和单片机等控制元件来实现对水温的检测和控制，当水温高时传感器接受到温度高这个外界信号，通过传感器将外界的物理信号转变为可在电线传输的电信号，其实质大多是由于温度使传感器内部电子或空穴产生跃迁等变化从而被传导出来，这些电信号通过导线，传到控制元件，控制元件先将信号放大，传到中央计算中心；在计算中心这些信号被转换从而发出一些可以控制阀门开关的信号。这些信号再次经过放大后发到执行元件，执行元件接受到这些信号会将其转化为机械能从而实现阀门的开关。电磁阀的特点是控制精准，反应速度快，设计简单。但阀门结构相对复杂，而且当出现问题时寻找问题相对困难，即维护不方便，而且稳定性相对较差比如电消耗完了和出现断路，还有装置进水等情况都会严重影响阀的工作状态。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种利用形状记忆合金材料进行驱动的水阀，这种水阀利用形状记忆合金材料的形状记忆效应和超弹性控制水阀的开启和关闭，当小鼠饮用水高于设定温度值时能够自动关闭，避免小鼠饮水时被热水烫伤。

本实用新型的形状记忆合金驱动型温度控制水阀，包括：壳体，所述壳体为圆筒结构，其设有进水口和排水口；活塞，所述活塞以可沿壳体轴向往复滑动的方式设置于壳体内，并将壳体内腔分隔为进水腔和排水腔，且活塞上设有使液体从进水腔流向排水腔的过孔；形状记忆合金弹簧和偏置弹簧，所述形状记忆合金弹簧和偏置弹簧分别设置在活塞的轴向两侧，当进入壳体内的水温高于设定阈值后，所述形状记忆合金弹簧将伸长并推动活塞将所述进水口或排水口封堵，当进水腔内的水温低于设定阈值后，所述形状记忆合金弹簧将收缩，使活塞在偏置弹簧的推动下移动至将所述进水口或排水口打开；

进一步的，所述进水口设置于壳体的端面；所述排水口设置于壳体的圆柱面；当进水腔内的水温高于设定阈值后，所述活塞通过其外圆面将排水口封堵；

进一步的，所述壳体的内圆上形成有限位肩；当所述活塞被形状记忆合金弹簧推动至与所述限位肩相抵时，活塞将完全封堵所述排水口；

进一步的，所述壳体由保温材料制作；

进一步的，所述壳体由304不锈钢制作；

进一步的，所述壳体表面设置有保温层；

进一步的，所述壳体表面为双层玻璃结构，且双层玻璃之间的空腔通过抽真空处理；

进一步的，所述排水口和进水口分别设置在壳体的左右两端；所述进水口处形成圆锥形阀座，所述活塞朝向进水口的端部形成与所述锥形阀座配合以封堵进水口的锥台；

进一步的，还包括设置于所述壳体进水端的前端节流组件；所述前端节流组件包括通过螺纹连接于壳体进水端的节流体以及通过螺纹连接于所述节流体外的节流套；所述节流体内沿轴向设有流体通道，其端部设有伞状头部，所述节流套端部设有喇叭状进口，且该喇叭状进口与伞状头部之间形成节流缝隙；

进一步的，还包括设置于壳体出水端的末端排水组件；所述末端排水组件包括内部具有排水通道的排水体和设置于排水通道内的顶针；所述排水体前端伸入壳体内并通过螺纹与壳体的内壁连接；顶针右端固定设有帽片，所述帽片由所述形状记忆合金弹簧推向排水体右端并封闭所述排水通道的进口。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的形状记忆合金驱动型温度控制水阀，其可安装在实验鼠饮用水的供水管路中，通过煮沸消毒后的饮用水通过进水口引入壳体内的进水腔，在通过活塞上的过孔流入排水腔，最后从排水口流出，当进入壳体的水温超过设定阈值后，形状记忆合金弹簧在水温的刺激下发生马氏体相变，从而伸长并推动活塞将进水口或排水口封堵，最终阻断高温水继续流出，当水温降低至设定阈值后，形状记忆合金弹簧将恢复至低温相形状，即发生收缩，使活塞在偏置弹簧的推动下移动使进水口或排水口打开。本实用新型的形状记忆合金驱动型温度控制水阀，依靠形状记忆合金材料自身的性质对阀门的启闭进行驱动，无需控制器、传感器等电子控制元件，结构简单紧凑，稳定性较好，成本低廉，非常适合运用在实验鼠的供水系统中。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型第一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型第二实施例的结构示意图；

图3为图2中A-A剖视图；

图4为本实用新型中形状记忆合金弹簧的长度与水温关系图。

具体实施方式

第一实施例

图1为本实用新型第一实施例的结构示意图，如图所示，本实施例的形状记忆合金驱动型温度控制水阀，包括：壳体6，所述壳体6为圆筒结构，其设有进水口1和排水口4；其中，进水口1设置于壳体6的左端面，排水口4设置于壳体6的圆柱面上；活塞3，所述活塞3以可沿壳体6轴向往复滑动的方式设置于壳体6内，并将壳体6内腔分隔为进水腔和排水腔，且活塞3上设有使液体从进水腔流向排水腔的过孔7；活塞3的外圆面与壳体6的内壁之间为滑动密封配合，使进水腔内的水仅仅只能通过活塞3上的过孔7流向排水腔；活塞3可以采用自润滑材料制作，进而有效减小活塞3与壳体6内壁之间的摩擦阻力，以提高阀门启闭的响应速度。形状记忆合金弹簧2和偏置弹簧5，所述形状记忆合金弹簧2和偏置弹簧5分别设置在活塞3的轴向两侧，本实施例中，形状记忆合金弹簧2设置于活塞3左侧，即设置于进水腔内，偏置弹簧5设置于活塞3的右侧，即设置于排水腔内，本水阀可直接安装于实验鼠饮用水供水管的管路中，通过煮沸后的饮用水通过进水口1进入到壳体6内，当进入壳体6内的水温高于设定阈值后，所述形状记忆合金弹簧2将伸长并推动活塞3将所述排水口4封堵，当进水腔内的水温低于设定阈值后，所述形状记忆弹簧将收缩，使活塞3在偏置弹簧5的推动下移动至将所述排水口4打开。

当然，也可以将形状记忆合金弹簧2和偏置弹簧5的位置进行替换，即形状记忆合金弹簧2设置于排水腔内，而偏置弹簧5设置于进水腔，此时，当进入壳体6内的水温高于设定阈值后，所述形状记忆弹簧将带动活塞3移动使所述进水口1封闭；

本实施例中，所述壳体6的内圆上形成有限位肩；当所述活塞3被形状记忆合金弹簧2推动至与所述限位肩相抵时，活塞3将完全封堵所述排水口4；如图1所示，本实施例中的壳体6左段的内径大于右端的内径，从而在左段与右段的交界处形成台阶面，该台阶面作为限位肩限制活塞3向右滑动的距离；当活塞3被形状记忆合金弹簧2向右推动至极限位置(即活塞3与限位肩相抵时)，活塞3将完全封堵出水口。当然，限位肩的形成方式不仅仅局限于图1中所示的结构，也可以在壳体6的内圆面上固定一限位环实现。

本实施例中，所述壳体6可由现有技术中任意类型的保温材料制作；从而使壳体6内的水温分布较为均匀，有利于提高本水阀启闭的控制精度，当然，也可以在所述壳体6表面设置保温层或者采用双层玻璃作为壳体6侧壁以实现壳体6的保温作用，采用双层玻璃制作壳体6时，应当对双层玻璃夹层的空腔进行抽真空处理，从而大幅度降低壳体6与外界的换热系数；另外，双层玻璃结构筒状壳体6的制作工艺较为成熟，且造价低廉，适合运用在实验鼠的饮用水供水系统中。

第二实施例

图2和3为本实用新型第二实施例的结构示意图，如图所示，本实施例中的形状记忆合金驱动型温度控制水阀，包括：由304不锈钢制作的壳体10，所述壳体10为圆筒结构，其设有进水口15和排水口11；其中，进水口15设置于壳体10的右端，而排水口11设置于壳体10的左端；活塞13，所述活塞13以可沿壳体10轴向往复滑动的方式设置于壳体10内，并将壳体10内腔分隔为进水腔21和排水腔24，且活塞13上设有使液体从进水腔21流向排水腔24的过孔23；所述进水口15处形成圆锥形阀座14，所述活塞13朝向进水口15的端部形成与所述锥形阀座14配合以封堵进水口15的锥台；形状记忆合金弹簧12和偏置弹簧22，所述形状记忆合金弹簧12和偏置弹簧22分别设置在活塞13的轴向两侧，本实施例中，形状记忆合金弹簧12设置于活塞13左侧，即设置于排水腔24内，偏置弹簧22设置于活塞13的右侧，即设置于进水腔21内；前端节流组件；所述前端节流组件包括通过螺纹连接于壳体10进水端的节流体17以及通过螺纹连接于所述节流体17外的节流套26；所述节流体17内沿轴向设有流体通道16，其端部设有伞状头部20，所述节流套26端部设有喇叭状进口19，且该喇叭状进口19与伞状头部20之间形成节流缝隙；饮用水通过喇叭状进口19进入到节流缝隙，再通过开设于伞状头部20的进口进入到流体通道16内，通过旋转节流套26可以调节节流缝隙的大小，从而调节进入本水阀的水压，节流体17的外圆设有密封环槽18，该密封环槽18内可安装密封圈，确保节流体17与节流套26之间的密封性能；末端排水组件，所述末端排水组件包括内部具有排水通道25的排水体8和设置于排水通道25内的顶针9；所述排水体8前端伸入壳体10内并通过螺纹与壳体10的内壁连接；顶针9右端固定设有帽片27，所述帽片27由所述形状记忆合金弹簧12推向排水体8右端并封闭所述排水通道25的进口，顶针9中部设有支撑环28，该支撑环28与排水体8右端内壁之间设有变径螺旋弹簧29。

本水阀可直接安装于实验鼠饮用水供水管的管路中，通过煮沸后的饮用水通过喇叭状进口19进入到前端节流组件的节流缝隙中，然后通过节流体17内的流体通道16流入壳体10的进水口15，当进入壳体10内的水温高于设定阈值后，形状记忆合金弹簧12将伸长并向右推动活塞13，利用活塞13的锥台结构的端面压紧锥形阀座14，从而将所述进水口15封堵，当水温低于设定阈值后，所述形状记忆弹簧将收缩，活塞13在偏置弹簧22的推动下移动使进水口15打开，使饮用水流至活塞13左侧与帽片27右侧之间腔体中，当需要饮水时，拨动顶针左端，使帽片27与排水体8右端面之间形成缝隙，饮用水将从该缝隙通过排水体8内的排水通道25排出。本实施例中，形状记忆合金弹簧12采用Ti-55.4％Ni(55.4％为Ni原子占总原子数的比例)合金制作，线径d＝1.8mm弹簧直径为14mm，水温为20℃时自然状态的轴向长度为10mm，偏置弹簧自然状态的长度为12mm，其刚度较小，为0.2N/mm，如图4所示为形状记忆合金弹簧12长度与环境温度之间的关系图，通过旋转排水体8可以调节形状记忆合金弹簧12左端的支撑位置，从而调节活塞13封闭锥形阀座14的时机，例如当设定水温阈值为50℃时，可以先将排水体8向右旋进至其右端与锥形阀座14的间距为最小值，然后从喇叭状进口19通入50℃的热水，此时，形状记忆合金弹簧12将推动活塞13封闭锥形阀座14，然后拨动顶针9并逐渐将排水体8向左旋出，直到刚好有水流排出为止，此时整个水阀的开启阈值为50℃左右(虽然存在一定误差，但是能够满足动物饮用水的温度要求)。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种形状记忆合金驱动型温度控制水阀，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体为圆筒结构，其设有进水口和排水口；

活塞，所述活塞以可沿壳体轴向往复滑动的方式设置于壳体内，并将壳体内腔分隔为进水腔和排水腔，且活塞上设有使液体从进水腔流向排水腔的过孔；

形状记忆合金弹簧和偏置弹簧，所述形状记忆合金弹簧和偏置弹簧分别设置在活塞的轴向两侧，当进入壳体内的水温高于设定阈值后，所述形状记忆合金弹簧将伸长并推动活塞将所述进水口或排水口封堵，当壳体内的水温低于设定阈值后，所述形状记忆合金弹簧将收缩，使活塞在偏置弹簧的推动下移动至将所述进水口或排水口打开。

2.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动型温度控制水阀，其特征在于：所述壳体由保温材料制作。

3.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动型温度控制水阀，其特征在于：所述壳体由304不锈钢制作。

4.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动型温度控制水阀，其特征在于：所述壳体表面设置有保温层。

5.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动型温度控制水阀，其特征在于：所述壳体表面为双层玻璃结构，且双层玻璃之间的空腔通过抽真空处理。

6.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动型温度控制水阀，其特征在于：所述壳体的内圆上形成有限位肩；当所述活塞被形状记忆合金弹簧推动至与所述限位肩相抵时，活塞将完全封堵所述排水口。

7.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动型温度控制水阀，其特征在于：所述进水口处形成圆锥形阀座，所述活塞朝向进水口的端部形成与所述锥形阀座配合以封堵进水口的锥台结构。

8.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动型温度控制水阀，其特征在于：还包括设置于所述壳体进水端的前端节流组件；所述前端节流组件包括通过螺纹连接于壳体进水端的节流体以及通过螺纹连接于所述节流体外的节流套；所述节流体内沿轴向设有流体通道，其端部设有伞状头部，所述节流套端部设有喇叭状进口，且该喇叭状进口与伞状头部之间形成节流缝隙。

9.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动型温度控制水阀，其特征在于：还包括设置于壳体出水端的末端排水组件；所述末端排水组件包括内部具有排水通道的排水体和设置于排水通道内的顶针；所述排水体前端伸入壳体内并通过螺纹与壳体的内壁连接；顶针右端固定设有帽片，所述帽片由所述形状记忆合金弹簧推向排水体右端并封闭所述排水通道的进口。