CN211624344U - 一种形状记忆合金膨胀阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种形状记忆合金膨胀阀，包括阀体，所述阀体的一侧设置有入口、下端部开口处设置有阀座，所述阀座上方的阀体内设置有可相对其上下移动的执行机构，所述执行机构的下端部连接有可控所述阀座的阀口启闭的阀芯，所述阀体内设置有与所述执行机构相连接的、用于调节执行机构上下移动量的形状记忆合金元件，所述阀体的上端部设置有与所述形状记忆合金元件相连通的、用于控制所述形状记忆合金元件输入电流大小的控制单元，所述执行机构与所述阀体之间还设置有弹性元件。通过控制单元向形状记忆合金通电使其产生变形，从而控制阀芯和阀口的相对移动产生开启度，是一种结构简单、控制方式稳定、无运行噪音、高精度闭环控制的形状记忆合金膨胀阀。

Description

一种形状记忆合金膨胀阀

技术领域

本实用新型涉及一种形状记忆合金膨胀阀，具体的说是一种通过控制单元向形状记忆合金通电使其产生变形，从而控制阀芯和阀口的相对移动产生开启度的一种膨胀阀，该膨胀阀通常被应用于制冷系统或者热泵系统。

背景技术

用于制冷系统或者热泵系统的膨胀阀为一种公知的产品，例如通过温度-压力平衡原理控制开启度的热力膨胀阀，通过步进电机实现控制开启度的电子膨胀阀等等，形状记忆合金也可用于膨胀阀的开启度控制。

公知的电子膨胀阀，如图3所示。当步进电机接收到一个脉冲信号后，电机的定子24和转子23相互作用，使得转子23按照一定的角度进行旋转运动，旋转运动是按照这个的角度一步一步进行的。这个角度旋转运动通过执行机构使得运动部件25做出上下位移运动。运动部件25带动电子膨胀阀阀芯26的上下运动与固定电子膨胀阀阀口27的相对位置变化的配合，实现膨胀阀开启度变化从而起到对流体介质流量控制和调节的作用。该机构可实现对膨胀阀开启度的精确控制，但是存在结构比较复杂、运行有噪音等缺点。

公知的应用温度-压力平衡原理控制开启度的热力膨胀阀，如图4所示。上盖28、下盖29和膜片30焊接在一起，形成密闭的空间，在该密闭的空间中有充注介质31。充注介质31在不同的温度变化下具有相应的压力，即有温度-压力控制特性曲线。当控制机构的温度发生变化时，密闭空间内压力也相应的产生变化，该压力变化推动膜片30克服弹簧力和蒸发压力做上下运动，因此与其连接的传动杆32也随之运动，并推动热力膨胀阀阀座33运动从而实现热力膨胀阀阀座33上的钢球34与热力膨胀阀阀口35之间的相对运动，从而实现膨胀阀不同开启度的要求。该结构复杂且存在对工艺要求高，很难实现膨胀阀开启度的精确控制，开启的位移行程量不够大即控制范围不够大等缺点。

CN 101298954A 披露了一种内置感温控制元件的膨胀阀，该阀包括阀体、调节螺栓、预紧弹簧、开阀弹簧、关阀弹簧、上传动板、下传动板、传动杆、阀针、阀口、气腔、液腔、底部密封螺母、密封块。预紧弹簧、开阀弹簧及关阀弹簧的压力通过上、下传动板作用于阀针上，使阀针升降运动，以改变阀针头部与阀口形成的喉部的流通面积。开阀弹簧和关阀弹簧是采用形状记忆合金制成的记忆合金弹簧，对温度有很高的形状记忆精度，还具有超弹性。该方案缺乏对形状记忆合金弹簧的有效控制手段，很难实现对膨胀阀的精确和稳定的控制。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种形状记忆合金膨胀阀，通过控制单元向形状记忆合金通电使其产生变形，从而控制阀芯和阀口的相对移动产生开启度，是一种结构简单、控制方式稳定、无运行噪音、高精度闭环控制的形状记忆合金膨胀阀。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种形状记忆合金膨胀阀，包括阀体，所述阀体的一侧设置有入口、下端部开口处设置有阀座，所述阀座上方的阀体内设置有可相对其上下移动的执行机构，所述执行机构的下端部连接有可控所述阀座的阀口启闭的阀芯，所述阀体内设置有与所述执行机构相连接的、用于调节执行机构上下移动量的形状记忆合金元件，所述阀体的上端部设置有与所述形状记忆合金元件相连通的、用于控制所述形状记忆合金元件输入电流大小的控制单元，所述执行机构与所述阀体之间还设置有弹性元件。

前述的一种形状记忆合金膨胀阀，其特征在于：所述形状记忆合金元件为冷却状态时，所述弹性元件为压缩状态，带动所述执行机构和阀芯下移，使所述阀口处于闭合状态。

前述的一种形状记忆合金膨胀阀，其特征在于：所述形状记忆合金元件为冷却状态时，所述弹性元件为压缩状态，带动所述执行机构和阀芯上移，使所述阀口处于开启状态。

前述的一种形状记忆合金膨胀阀，其特征在于：所述执行机构的上端部设置有磁性元件，所述控制单元上设置有与所述磁性元件位置相对应的、与其电气连接的霍尔元件。

前述的一种形状记忆合金膨胀阀，其特征在于：所述阀体内设置有合金元件通道，所述形状记忆合金元件部分或完全穿过所述合金元件通道并受改通道的形状约束。

前述的一种形状记忆合金膨胀阀，其特征在于：所述控制单元与所述形状记忆合金元件之间的阀体内设置有压片和第一密封元件；所述阀座与阀体的相对位置是经过所述阀芯与阀口初始位置调整并确定，上述初始位置确定后，所述阀座与阀体保持固定状态，并通过第二密封元件进行密封。

前述的一种形状记忆合金膨胀阀，其特征在于：所述控制单元与所述形状记忆合金元件之间的阀体内设置有限位片和第一密封元件，所述阀口处于完全开启状态时，所述执行机构的上端部与所述限位片相接触；所述阀座与阀体的相对位置是经过所述阀芯与阀口初始位置调整并确定，上述初始位置确定后，所述阀座与阀体保持固定状态，并通过第二密封元件进行密封。

前述的一种形状记忆合金膨胀阀，其特征在于：所述形状记忆合金元件的两个自由端均连接有导电针脚，所述导电针脚通过导电元件与所述控制单元相连通。

前述的一种形状记忆合金膨胀阀，其特征在于：所述控制单元将该膨胀阀的开启度划分为多个区间，对不同的区间设置最低和最高输出电流值，控制单元根据膨胀阀的开启度的需求向形状记忆合金元件施加介于上述对应开度区间的最低和最高电流之间的电流值。

前述的一种形状记忆合金膨胀阀，其特征在于：所述霍尔元件与所述磁性元件之间的距离变化导致所述霍尔元件产生的电压信号变化值输入到所述控制单元中，所述控制单元根据此信号对比实际开启度和需求的开启度，调整向形状记忆合金元件输出介于上述开启度区间设置的最低和最高之间的电流，形成对所述形状记忆合金膨胀阀开启度的闭环控制系统。

本实用新型的有益效果是：

1、通过控制单元向形状记忆合金通电使其产生变形，从而控制阀芯和阀口的相对移动产生开启度，结构简单、控制方式稳定、无运行噪音；

2、通过利用霍尔元件采用因膨胀阀开启度的变化而导致的电压值的变化，并将采集到的数据传输给控制单元，控制单元根据采集到的数据调整对形状记忆合金元件输入电流值，从而控制膨胀阀的开启度，形成对所述形状记忆合金膨胀阀开启度的高精度闭环控制系统。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例的结构示意图；

图2是本实用新型第二实施例的结构示意图；

图3是电子膨胀阀的结构简图；

图4是热力膨胀阀的结构简图；

图中：1控制单元，2霍尔元件，3导电针脚，4磁性元件，5阀体，6形状记忆合金元件，7合金元件通道，8弹性元件，9第一执行机构，10阀芯，11阀口，12阀座，13出口，14第二密封元件，15入口，16第一密封元件，17压片，18盖板，19限位片，20第二执行机构，22导电元件，23转子，24定子，25运动部件，26电子膨胀阀阀芯，27电子膨胀阀阀口，28上盖，29下盖，30膜片，31充注介质，32传动杆，33热力膨胀阀阀座，34钢球，35热力膨胀阀阀口。

具体实施方式

下面将结合具体实施例，对本实用新型作进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种形状记忆合金膨胀阀，包括控制单元1，霍尔元件2，导电针脚3，磁性元件4，阀体5，形状记忆合金元件6，合金元件通道7，弹性元件8，第一执行机构9，阀芯10，阀口11，阀座12，出口13，第二密封元件14，入口15，第一密封元件16，压片17，盖板18。

流体介质由入口15流入该常闭型形状记忆合金膨胀阀，流经阀口11流向出口13。在该膨胀阀工作状态下，阀芯10上下运动并与固定的阀口11相互配合，形成对应的阀开启度，从而控制流体介质的流量。在该膨胀阀断电或非工作状态时，阀芯10与阀口11处于初始位置并紧密贴合，阀处于截止状态，流体介质被截止。该膨胀阀的最大开启度的限制，即阀芯10和阀口11的最大可能的分离位移程度，由控制单元1和合金元件通道7内的形状记忆合金元件6长度配合设计确定。

阀体5为绝缘材料制造而成，或阀体5与形状记忆合金元件6接触部位为绝缘材料组成，阀体5和合金元件通道7保护形状记忆合金元件6，避免其接触到该形状记忆合金膨胀阀的金属部件。形状记忆合金元件6可完全或者部分的穿过合金元件通道7，也可完全或者部分被合金元件通道7包围，以满足多样性设计需求。

上述阀芯10连接于第一执行机构9之上并跟随其运动，第一执行机构9与形状记忆合金元件6连接，形状记忆合金元件6的形状变化及产生的变形力驱动第一执行机构9运动。

控制单元1将上述常闭型形状记忆合金膨胀阀的开启度范围划分为多个区间，在每个独立区间内，设置最低控制电流和最高控制电流。

在所述的常闭型形状记忆合金膨胀阀的控制单元1接收到膨胀阀开启度需求输入时，通过导电针脚3对形状记忆合金元件6施加在所述设定的对应开启度区间内最低和最高控制电流范围内的电流，该电流值由控制单元1的算法确定。当输入电流变大时，形状记忆合金元件6因其自身电阻发热而长度缩短，该长度变化及产生的变形力克服弹性元件8的弹力，拉动第一执行机构9及与其连接的阀芯10向上运动，实现阀的开启。当输入电流变小或断电时，形状记忆合金元件6冷却而长度变长，弹性元件8的弹力推动第一执行机构9及与其连接的阀芯10向下运动，实现阀的闭合。

磁性元件4安装于第一执行机构9之上，当第一执行机构9和阀芯10运动时，磁性元件4随之运动使得其磁场也随之变化。霍尔元件2被设置在控制单元1上，或者通过导电部件与控制单元1连接在一起。霍尔元件2探测上述磁场变化并据此获取阀芯10的精确位移量即该形状记忆合金膨胀阀的实际开启度，同时产生相对应的精准电压信号输出。控制单元1通过该电压信号对比实际开启度和需求开启度并调整输出电流，该电流是上述设定的对应开启度区间内最低和最高控制电流范围内的电流，从而实现该形状记忆合金膨胀阀开启度的精准测量和实时闭环控制。

对阀芯10和阀口11的初始位置进行设定，设定后形状记忆合金元件6在非工作状态下，处于不受力或仅受微小的作用力，起到对形状记忆合金元件6的保护作用。

弹性元件8被设置在阀体5与第一执行机构9之间并保持压缩状态，在未进行阀芯10和阀口11的初始位置设定前，该压缩状态是由形状记忆合金元件6维持。

通过调整阀座12在阀体5上的连接位置，优选采用螺纹连接方式，位于阀座12之上的阀口11与相对固定的阀芯10之间也产生相对位移，调整直至阀口11与阀芯10相互接触后继续调整，阀芯10将随阀座12一起位移。此时连接在阀芯10之上的磁性元件4也随之位移，并由霍尔元件2感知其位移量。通过控制该位移量，可控制弹性元件8的压缩量并获取所需的初始位置，固定该位置并通过第二密封元件14进行密封。该初始位置的确定，是满足阀口11和阀芯10密封性以及解除或减小形状记忆合金元件6在该膨胀阀在未通电状态下（即初始状态时）的受力状况的情况下对弹性元件8的一个附加微小压缩量。因此可优化形状记忆合金元件6在非工作状况下的受力状态，即不受力或仅受微小的作用力。

压片17、阀体5和第二密封元件16将流体介质密封在压片17之下的阀体内，使得控制单元1免受流体介质的接触。同时盖板18与阀体5密封使得控制单元1免受外界杂质和水分等的侵蚀。

上述常闭型形状记忆合金膨胀阀，零部件少，结构简单且易于实现。运行过程由形状记忆合金元件驱动，不会产生运行噪音。

实施例2

根据本实用新型的一种常开型形状记忆合金膨胀阀，其结构示意图如图2所示，包括控制单元1，霍尔元件2，导电针脚3，磁性元件4，阀体5，形状记忆合金元件6，合金元件通道7，弹性元件8，阀芯10，阀口11，阀座12，出口13，第二密封元件14，入口15，第一密封元件16，盖板18，限位片19，第二执行机构20，导电元件22。

流体介质由入口15流入该常开型形状记忆合金膨胀阀，流经阀口11流向出口13。该膨胀阀在工作状态下，阀芯10上下运动并与固定的阀口11相互配合，形成对应的阀开启度，从而控制流体介质的流量。在该膨胀阀断电或非工作状态时，阀芯10与阀口11处于初始位置并保持最大开启度，该膨胀阀处于最大开启状态。该膨胀阀的最大开启度的限制，即阀芯10和阀口11的最大可能分离位移程度，由控制单元1和合金元件通道7内的形状记忆合金元件6长度配合设计确定。

阀体5为绝缘材料制造而成，或阀体5与形状记忆合金元件6接触部位为绝缘材料组成，阀体5和合金元件通道7保护形状记忆合金元件6，避免其接触到该形状记忆合金膨胀阀的金属部件。形状记忆合金元件6可完全或者部分的穿过合金元件通道7，也可完全或者部分被合金元件通道7包围，以满足多样性设计需求。

上述阀芯10连接于第二执行机构20之上并跟随其运动，第二执行机构20与形状记忆合金元件6连接，形状记忆合金元件6的形状变化及产生的变形力驱动第二执行机构20运动。

控制单元1将上述常开型形状记忆合金膨胀阀的开启度范围划分为多个区间，在每个独立区间内，设置最低控制电流和最高控制电流。

所述的常开型形状记忆合金膨胀阀的控制单元1在接收到开启度需求输入时，通过导电针脚3对形状记忆合金元件6施加在所述开度区间内设定的最低和最高控制电流范围内的电流，该电流值由控制单元1的算法确定。当输入电流变大时，形状记忆合金元件6因其自身电阻发热而长度缩短，该长度变化及产生的变形力克服弹性元件8的弹力，拉动第二执行机构20及与其连接的阀芯10向下运动，实现阀的关闭。当输入电流变小或断电时，形状记忆合金元件6冷却而长度变长，弹性元件8的弹力推动第二执行机构20及与其连接的阀芯10向上运动，实现阀的开启。

磁性元件4安装于第二执行机构20之上，当第二执行机构20和阀芯10运动时，磁性元件4随之运动使得其磁场也随之变化。霍尔元件2被设置在控制单元1上，或者通过导电部件与控制单元1连接在一起。霍尔元件2探测上述磁场变化并据此获取阀芯10的精确位移量即该形状记忆合金膨胀阀的实际开启度，同时产生相对应的精准电压信号输出。控制单元1通过该电压信号对比实际开启度和需求开启度并调整输出电流，从而实现该形状记忆合金膨胀阀开启度的精准测量和实时闭环控制。

对阀芯10和阀口11的初始位置进行设定，设定后形状记忆合金元件6在非工作状态下，处于不受力或仅受微小的作用力，起到对形状记忆合金元件6的保护作用。

弹性元件8被设置在阀体5和第二执行机构20之间保持一定的压缩量，形状记忆合金元件6与第二执行机构20连接并维持该压缩量。

通过调整限位片19与阀体5的相对位置来实现阀芯10的初始位置设定。优选地限位片19与阀体5采用螺纹连接并可调节其连接位置，向下调整限位片19直至与第二执行机构20相接触，此后继续调整，此时连接在阀芯10或者第二执行机构20之上的磁性元件4也随之位移，并由霍尔元件2感知其位移量，通过控制该位移量，可微调弹性元件8的压缩量并获取所需阀芯10初始位置，此时弹性元件8的作用力由限位片19和 承受，因此形状记忆合金元件6在非工作状况下（即处于初始位置状态）不受力或仅受微小的作用力。阀芯10初始位置确定后，采取如下方法对阀口11初始位置进行设定：对形状记忆合金元件6施加电流，使阀芯10向下运动直至所述的常开型形状记忆合金膨胀阀所需的最大开启度位移并保持该位置。然后调整阀座12与阀体5之间的相对位置，直至阀芯10与阀口11相接触并满足阀芯10和阀口11的密封性，此时阀座12或阀口11的位置即为其设定的初始位置。

限位片19、阀体5和第一密封元件16将流体介质密封在限位片19之下的阀体内，使得控制单元1免受流体介质的接触。同时盖板18与阀体5密封使得控制单元1免受外界杂质和水分等的侵蚀。

导电元件22固定在限位片19之上，导电针脚3与导电元件22可相对移动且保持接触导电。

上述常开型形状记忆合金膨胀阀，零部件少，结构简单且易于实现。运行过程由形状记忆合金元件驱动，不会产生运行噪音。

需要说明的是，本实用新型最终目的是通过形状记忆合金元件、弹性元件、阀芯、阀座、阀口、阀体、霍尔元件、磁性元件、控制单元等机构的设计获得常开型或常闭型形状记忆合金膨胀阀，是一种结构简单、控制方式稳定、运行无噪音、高精度闭环控制的形状记忆合金膨胀阀技术方案，同时该方案能对形状记忆合金膨胀阀的形状记忆合金元件进行优化设计及保护。

因此在实际使用中，本实用新型不局限于上述记载的具体结构和实施例。对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各种结构和实施例的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种形状记忆合金膨胀阀，包括阀体（5），所述阀体（5）的一侧设置有入口（15）、下端部开口处设置有阀座（12），所述阀座（12）上方的阀体（5）内设置有可相对其上下移动的执行机构，所述执行机构的下端部连接有可控所述阀座（12）的阀口（11）启闭的阀芯（10），其特征在于：所述阀体（5）内设置有与所述执行机构相连接的、用于调节执行机构上下移动量的形状记忆合金元件（6），所述阀体（5）的上端部设置有与所述形状记忆合金元件（6）相连通的、用于控制所述形状记忆合金元件（6）输入电流大小的控制单元（1），所述执行机构与所述阀体（5）之间还设置有弹性元件（8）。

2.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金膨胀阀，其特征在于：所述形状记忆合金元件（6）为冷却状态时，所述弹性元件（8）为压缩状态，带动所述执行机构和阀芯（10）下移，使所述阀口（11）处于闭合状态。

3.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金膨胀阀，其特征在于：所述形状记忆合金元件（6）为冷却状态时，所述弹性元件（8）为压缩状态，带动所述执行机构和阀芯（10）上移，使所述阀口（11）处于开启状态。

4.根据权利要求2或3所述的一种形状记忆合金膨胀阀，其特征在于：所述执行机构的上端部设置有磁性元件（4），所述控制单元（1）上设置有与所述磁性元件（4）位置相对应的、与其电气连接的霍尔元件（2）。

5.根据权利要求4所述的一种形状记忆合金膨胀阀，其特征在于：所述阀体（5）内设置有合金元件通道（7），所述形状记忆合金元件（6）部分或完全穿过所述合金元件通道（7）并受改通道的形状约束。

6.根据权利要求1或2所述的一种形状记忆合金膨胀阀，其特征在于：所述控制单元（1）与所述形状记忆合金元件（6）之间的阀体（5）内设置有压片（17）和第一密封元件（16）；所述阀座（12）与阀体（5）的相对位置是经过所述阀芯（10）与阀口（11）初始位置调整并确定，上述初始位置确定后，所述阀座（12）与阀体（5）保持固定状态，并通过第二密封元件（14）进行密封。

7.根据权利要求1或3所述的一种形状记忆合金膨胀阀，其特征在于：所述控制单元（1）与所述形状记忆合金元件（6）之间的阀体（5）内设置有限位片（19）和第一密封元件（16），所述阀口（11）处于完全开启状态时，所述执行机构的上端部与所述限位片（19）相接触；所述阀座（12）与阀体（5）的相对位置是经过所述阀芯（10）与阀口（11）初始位置调整并确定，上述初始位置确定后，所述阀座（12）与阀体（5）保持固定状态，并通过第二密封元件（14）进行密封。

8.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金膨胀阀，其特征在于：所述形状记忆合金元件（6）的两个自由端均连接有导电针脚（3），所述导电针脚（3）通过导电元件（22）与所述控制单元（1）相连通。

9.根据权利要求4所述的一种形状记忆合金膨胀阀，其特征在于：所述控制单元（1）将该膨胀阀的开启度划分为多个区间，对不同的区间设置最低和最高输出电流值，控制单元（1）根据膨胀阀的开启度的需求向形状记忆合金元件（6）施加介于对应开启度区间的最低和最高输出电流值之间的电流值。

10.根据权利要求9所述的一种形状记忆合金膨胀阀，其特征在于：所述霍尔元件（2）与所述磁性元件（4）之间的距离变化导致所述霍尔元件（2）产生的电压信号变化值输入到所述控制单元（1）中，所述控制单元（1）根据此信号对比实际开启度和需求的开启度，调整向形状记忆合金元件（6）输出介于上述开启度区间设置的最低和最高之间的电流值，形成对所述形状记忆合金膨胀阀开启度的闭环控制系统。

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