JP2010038278A - Flow regulating valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流量調整弁に関し、特に形状記憶合金を使用して液体や気体などの各種流体の流量を制御する小型バルブに関するものである。 The present invention relates to a flow control valve, and more particularly to a small valve that uses a shape memory alloy to control the flow rate of various fluids such as liquid and gas.
一般的に、流量調整弁としては、絞り弁がよく知られており、ニードル型やスライド型のものが広く用いられている。
一方、形状記憶合金を用いた流量調整弁やバルブとして、形状記憶合金により形成されたコイルの巻き線間の隙間を拡縮または接離して流量を調整するものがある(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載されたものは、熱による伸長力または収縮力を得る形状記憶合金よりなるコイルと、該コイルが熱による拡大力または収縮力をもたないときコイル弁を復帰させる戻しばねとを流路内に配備したものである。また、別の例として、形状記憶合金からなるワイヤの収縮を利用して可動構造体を可動させることによりオリフィスを封止するようにした小型バルブがある(例えば、特許文献2参照)。
On the other hand, as a flow control valve or valve using a shape memory alloy, there is one that adjusts a flow rate by expanding or contracting or separating a gap between windings of a coil formed of a shape memory alloy (for example, see Patent Document 1). .
一般的に用いられているニードル型やスライド型の絞り弁では、流路断面は弁座に嵌合される棒状の弁により形成されるリング状の1箇所となるため流路抵抗が大きく乱流が発生しやすく、発生した乱流により流れが不安定になる。また、一般的なニードル弁では、微小流量の制御は可能であるが、大流量での流量制御は難しいという問題がある。また、特許文献1に開示された従来例では、流路抵抗を小さくして乱流の発生を防いで安定した流れを得ているもののコイルばねと戻しばねが直列に繋がる構造のため小型化が難しいという問題がある。一方、特許文献2に開示された従来例では、流路抵抗が大きく、大流量での流量制御は困難である。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、大流量での流量制御を高精度に実現することができ、簡単な構造で小型化が容易に実現可能な流量調整弁を提供することである。
In a commonly used needle-type or slide-type throttle valve, the flow path cross-section is a single ring-shaped portion formed by a rod-shaped valve fitted to the valve seat, so the flow resistance is large and turbulent The flow becomes unstable due to the generated turbulent flow. A general needle valve can control a minute flow rate, but has a problem that it is difficult to control a flow rate at a large flow rate. Further, in the conventional example disclosed in
An object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art, and the object thereof is to realize flow control at a large flow rate with high accuracy, and to easily reduce the size with a simple structure. It is to provide a feasible flow regulating valve.
上記の目的を達成するため、本発明によれば、流路を構成する中空円筒形の管体と、前記管体の外壁面または内壁面に接して設置された、熱により拡大または収縮するコイルばねと、前記コイルばねに通電するための一対の電極と、を備え、前記管体は、前記コイルばねが熱により拡大または収縮したときに前記コイルばねの形状変化に伴ってその断面形状が拡大若しくは縮小し、前記コイルばねが熱による拡大力または収縮力を持たない場合に元の形状に復帰するように構成されていることを特徴とする流量調整弁、が提供される。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a hollow cylindrical tube constituting a flow path, and a coil that is installed in contact with an outer wall surface or an inner wall surface of the tube and expands or contracts by heat. A spring and a pair of electrodes for energizing the coil spring, and the tubular body expands in cross-section with the shape change of the coil spring when the coil spring expands or contracts due to heat. Alternatively, there is provided a flow rate adjusting valve that is configured to be reduced and to return to its original shape when the coil spring does not have expansion force or contraction force due to heat.
そして、好ましくは、前記管体の内壁側または外壁側には、弾性体からなる戻しばねが設置され、これにより前記コイルばねが熱による拡大力または収縮力を持たない場合に前記管体が元の形状に戻される。あるいは、前記管体の内壁側または外壁側には、熱により収縮または拡大する螺旋状の戻し用コイルばねと、該戻し用コイルばねに通電するための一対の電極とが設置され、前記コイルばねが熱による拡大力または収縮力を持たない場合に前記戻し用コイルばねに通電を行なうことにより前記管体が元の形状に戻される。あるいは、前記管体の少なくとも一部は弾性体によって形成され、前記コイルばねが熱による拡大力または収縮力を持たない場合に前記管体自身の弾性力によって前記管体が元の形状に戻される。 Preferably, a return spring made of an elastic body is installed on the inner wall side or the outer wall side of the tube body, so that when the coil spring does not have expansion force or contraction force due to heat, the tube body is restored to its original shape. It is returned to the shape. Alternatively, on the inner wall side or the outer wall side of the tubular body, a spiral return coil spring that contracts or expands due to heat and a pair of electrodes for energizing the return coil spring are installed, and the coil spring When there is no expansion force or contraction force due to heat, the tube body is returned to its original shape by energizing the return coil spring. Alternatively, at least a part of the tubular body is formed of an elastic body, and the tubular body is returned to its original shape by the elastic force of the tubular body itself when the coil spring does not have thermal expansion force or contraction force. .
[作用]
管体の外壁面あるいは内壁面上に設置されたコイルばねに通電を行ない加熱することにより、コイルばねは拡大または収縮する。例えば、コイルばねが温度が上がると収縮し、温度が下がると拡大するように形成された場合には、コイルばねは管体の外壁面上に設置される。この場合、コイルばねに通電を行なうと、加熱されて高温状態になって収縮し、コイルばねの内径は縮小する。これに伴って管体の流路断面積が小さくなり、流路を通過する流量が減少する。逆に、温度が上がると拡大し、温度が下がると収縮するコイルばねを用いた場合は、コイルばねを管体の内壁面上に設置する。この場合、コイルばねに通電を行なうと、加熱されて高温状態になって拡大するため、コイルばねの外径が拡大する。これに伴って管体の流路断面積が大きくなり、流路を通過する流量が増加する。そして、コイルばねへの通電を停止すると、冷却されて低温状態(常温状態)に戻ってコイルばねは拡大または縮小するため、流路断面積の変形はもとに戻される。これにより、流路を通過する流体の流量が増大もしくは減少する。このようにして、本発明の流量調整弁は、コイルばねに通電する電流値を制御することにより、流路内の断面積を自由に変えることができるため、流量を高精度に制御することが可能である。
[Action]
By energizing and heating the coil spring installed on the outer wall surface or the inner wall surface of the tubular body, the coil spring expands or contracts. For example, when the coil spring is formed so as to contract when the temperature rises and expands when the temperature falls, the coil spring is installed on the outer wall surface of the tubular body. In this case, when the coil spring is energized, the coil spring is heated to a high temperature state and contracts, and the inner diameter of the coil spring is reduced. As a result, the cross-sectional area of the pipe body is reduced, and the flow rate passing through the flow path is reduced. Conversely, when a coil spring is used that expands when the temperature increases and contracts when the temperature decreases, the coil spring is installed on the inner wall surface of the tube. In this case, when the coil spring is energized, the coil spring is heated and becomes hot and expands, so that the outer diameter of the coil spring increases. Along with this, the cross-sectional area of the pipe body increases, and the flow rate passing through the flow path increases. When energization of the coil spring is stopped, the coil spring is cooled and returned to a low temperature state (normal temperature state), and the coil spring expands or contracts, so that the deformation of the flow path cross-sectional area is restored. Thereby, the flow rate of the fluid passing through the flow path is increased or decreased. In this way, the flow rate adjusting valve of the present invention can freely change the cross-sectional area in the flow path by controlling the current value supplied to the coil spring, so that the flow rate can be controlled with high accuracy. Is possible.
本発明によれば、流量の調整が流路の径の変化によって行なわれるため、低流路抵抗での流量調整が可能である。また、コイルばねに通電する電流の制御により流路断面積を調整することができるため、大流量での流量制御を高精度に実現することができる。また、構造が簡単で小型化が容易である。 According to the present invention, since the flow rate is adjusted by changing the diameter of the flow channel, the flow rate can be adjusted with a low flow channel resistance. In addition, since the flow path cross-sectional area can be adjusted by controlling the current supplied to the coil spring, flow control at a large flow rate can be realized with high accuracy. In addition, the structure is simple and the size can be easily reduced.
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
[第1の実施の形態]
図1〜図3は、本発明の第1の実施の形態を示す図であって、図1は本発明の第1の実施の形態を示す斜視図、図2は図1のX−X線での縦断面図であり、図3は第1の実施の形態において用いられている戻しばねの斜視図である。図1〜図3において、11は、上部固定構造体部11aと下部固定構造体部11bとの間に断面積可変部11cを挟んでなる管体であって、その中空部が流路11dとなっている。また、12は形状記憶合金コイルばね、13は戻しばね、14は第1の電極、15は第2の電極である。図に示されるように、断面積可変部11cの上下面がそれぞれ上部固定構造体部11a、下部固定構造体部11bに固定されている。そして、熱により拡大または収縮するように形成された形状記憶合金コイルばね12が、管体11の外壁面に螺旋状に巻きつけられており、また管体11の断面積可変部11cの内壁面には、形状記憶合金コイルばね12が熱による拡大力または収縮力を持たない場合に形状記憶合金コイルばね12および断面積可変部11cを元の形状に復帰させる戻しばね13が設置されている。戻しばね13は、弾性を有する材料を用いて形成された中空円筒体に、図3に示されるように、螺旋状のスリット13aが入れられたものである。さらに、上部固定構造体部11aおよび下部固定構造体部11bの外壁面に、形状記憶合金コイルばね12に通電を行ないこれを加熱するための第1の電極14および第2の電極15が固定されており、第1、第2の電極14、15に形状記憶合金コイルばね12の端部がそれぞれ固着されている。ここで、上部固定構造体部11aと第1の電極14、下部固定構造体部11bと第2の電極15はそれぞれ電気的に絶縁されている。また、上部固定構造体部11aおよび下部固定構造体部11bは断熱材(図示なし)を挟んで断面積可変部11cと固定されており、形状記憶合金コイルばね12に通電した時に発熱の影響が少なくなるような構造となっている。さらに、上部固定構造体部11aおよび下部固定構造体部11bには線膨張係数の小さい材料を使用しており、断面積可変部11cは形状記憶合金コイルばね12の拡大力または収縮力により弾性変形する材料を使用している。固定構造体11a、11bの形状としては、図1および図2にはフランジ付の構造を示しているが、フランジのない円筒型でもよい。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[First Embodiment]
1 to 3 are views showing a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a perspective view showing the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a line XX in FIG. FIG. 3 is a perspective view of a return spring used in the first embodiment. In FIG. 1 to FIG. 3,
[動作]
次に、本実施の形態の流量調整弁の動作説明図である図4を参照して本実施の形態の動作について説明する。形状記憶合金コイルばね12は、温度が上がると収縮し、温度が下がると拡大するように形成されている。図4(a)に、形状記憶合金コイルばね12に通電が行なわれていない、初期状態が示されている。いま、第1の電極14と第2の電極15を介して形状記憶合金コイルばね12に通電すると、加熱されて高温状態になって収縮しコイルの断面積が縮小するため、これに伴って図4(b)に示すように断面積可変部11cの断面積も縮小する。従って、流路11dの断面積が小さくなり、流路11dを通過する流量が減少する。次に、形状記憶合金コイルばね12への通電を停止すると、冷却されて低温状態(常温状態)に戻って形状記憶合金コイルばね12に生じていた収縮力は消失する。そして、戻しばね13の弾性力により、断面積可変部11cに生じていた変形は矯正され、形状記憶合金コイルばね12と共に元の状態に戻される。これにより、流路11dの断面積が大きくなり、流路11dを通過する流量が多くなる。このようにして、本発明の流量調整弁は、形状記憶合金コイルばね12に通電する電流値を制御することにより、流路11dの断面積を自由に変えることができるため、流量を高精度に制御することが可能である。
[Operation]
Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. 4 which is an operation explanatory view of the flow rate adjusting valve of the present embodiment. The shape memory
[第2の実施の形態]
図5は、本発明の第2の実施の形態を示す縦断面図である。図5において、図2に示した第1の実施の形態での部材と同等の機能を有するものには下1桁が共通する参照符号が付せられているので、重複する説明は省略するが、本実施の形態の、第1の実施の形態と相違する点は、戻しばね13に代えて、熱により拡大する形状記憶合金戻し用コイルばね23を用いたことである。形状記憶合金戻し用コイルばね23は断面積可変部21cの内壁面に接して設置され、第1の実施の形態の形状記憶合金コイルばね12と同様に形状記憶合金戻し用コイルばね23の両端が上部固定構造体部21aおよび下部固定構造体部21bにそれぞれ固定された第3の電極および第4の電極(いずれも図示なし)に接続されている。ここで、第3の電極と上部固定構造体部21a、第4の電極と下部固定構造体部21bは、それぞれ電気的に絶縁されている。第1の実施の形態では、形状記憶合金コイルばね12への通電を停止した場合、形状記憶合金コイルばね12は拡大し、また戻しばね13の復元力によって断面積可変部11cに生じた変形を元の形状に戻していたが、本実施の形態では、形状記憶合金コイルばね22への通電を停止するとともに形状記憶合金戻し用コイルばね23に通電し、これを加熱すると形状記憶合金戻し用コイルばね23は拡大し、形状記憶合金コイルばね22の収縮力によって流路断面積が小さくなっている断面積可変部21cに復元力が働き、流路断面積が元の大きさに戻される。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the present invention. In FIG. 5, components having the same functions as those in the first embodiment shown in FIG. 2 are given the same reference numerals in the last one digit, and therefore, duplicate explanation is omitted. The difference of the present embodiment from the first embodiment is that, instead of the
[第3の実施の形態]
図6は、本発明の第3の実施の形態を示す縦断面図である。図6において、図2に示した第1の実施の形態での部材と同等の機能を有するものには下1桁が共通する参照符号が付せられているので、重複する説明は省略するが、本実施の形態の、第1の実施の形態と相違する点は、戻しばね33が、管体31の断面積可変部31cの外壁面に螺旋状に巻きつけられており、断面積可変部31cの内壁面には、熱により拡大する形状記憶合金コイルばね32が設置されていることである。ここで、戻しばね33は、図3に示される戻しばね13と同様の形態を有するものである。さらに、形状記憶合金コイルばね32の両端は上部固定構造体部31aおよび下部固定構造体部31bにそれぞれ固定された第1の電極および第2の電極(いずれも図示なし)に接続されている。
[Third Embodiment]
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a third embodiment of the present invention. In FIG. 6, those having the same functions as those of the member in the first embodiment shown in FIG. The difference of the present embodiment from the first embodiment is that the
形状記憶合金コイルばね32に通電していない時は、断面積可変部31cの外壁面に巻きつけられた戻しばね33の弾性力により、管体31の断面積可変部31cには変形が生じ、流路31dの断面積は図示した状態より小さくなる。一方、第1の電極、第2の電極を介して、形状記憶合金コイルばね32に通電を行ない、これを加熱すると、形状記憶合金コイルばね32の外径は、戻しばね33の弾性力に抗して拡大し、断面積可変部31cは元の形状(図示された状態)に戻るため、非通電時より流路31dの断面積が大きくなる。
When the shape memory
図7に、本発明の適用例であるダイアフラム型液体搬送器を示す。本発明の流量調整弁を流入弁56a、流出弁56bとして用いている。シールゴム55およびダンパーゴム53で支持固定された薄板状アクチュエータ54(例えば、バイモルフ型圧電振動子、以下圧電振動子と略記)に電圧を印加すると圧電振動子54は屈曲振動を行う。圧電振動子54の屈曲振動に応じて流入弁56a、流出弁56bを以下のように動作させる。圧電振動子54が上に凸に変形した場合、流出弁56bの形状記憶合金コイルばねに通電することにより流出弁56bの流路断面積が小さくなり、流入弁56aに比べて流路抵抗が大きくなるため、流入弁56aより液体が流入する。一方、圧電振動子54が下に凸に変形した場合、流入弁56aの形状記憶合金コイルばねに通電することにより流入弁56aの流路断面積が小さくなり流出弁56bに比べて流路抵抗が大きくなるため、流出弁56bより液体が流出する。本発明の流量調整弁は、流路断面積を自由に変えることができるため、流入弁56a、流出弁56bの流路抵抗を高精度に制御できる。したがって、高精度に流量調整が可能なダイアフラム型液体搬送器を提供できる。
FIG. 7 shows a diaphragm type liquid transporter as an application example of the present invention. The flow rate adjusting valve of the present invention is used as the
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更が可能なものである。例えば、実施の形態では、管体は円筒形であったが多角筒形状としても良い。また、戻しばねとして通常の金属材料からなる線材を用いて形成したコイルばねを用いてもよい。また、管体の断面積可変部の断面積を元の状態に復帰させるのに、戻しばねや戻し用コイルばねを用いていたが、断面積可変部自体の弾性力により元の形状に復帰させるようにしてもよい。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said each embodiment, In the range which does not deviate from the summary of this invention, an appropriate change is possible. For example, in the embodiment, the tubular body has a cylindrical shape, but may have a polygonal cylindrical shape. Moreover, you may use the coil spring formed using the wire which consists of a normal metal material as a return spring. Moreover, although the return spring and the return coil spring were used to return the cross-sectional area of the variable cross-sectional area of the tubular body to the original state, it is restored to the original shape by the elastic force of the cross-sectional area variable part itself. You may do it.
本発明の活用例として、ノートパソコン等の電子機器や電子部品の冷却装置や燃料電池に用いられているポンプがある。 Examples of utilization of the present invention include pumps used in electronic devices such as notebook personal computers, cooling devices for electronic components, and fuel cells.
11、21、31 管体
11a、21a、31a 上部固定構造体部
11b、21b、31b 下部固定構造体部
11c、21c、31c 断面積可変部
11d、21d、31d 流路
12、22、32 形状記憶合金コイルばね
13、33 戻しばね
13a スリット
14 第1の電極
15 第2の電極
23 形状記憶合金戻し用コイルばね
51 蓋
52 ポンプベース
53 ダンパーゴム
54 圧電振動子
55 シールゴム
56a 流入弁
56b 流出弁
11, 21, 31
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008202650A JP2010038278A (en) | 2008-08-06 | 2008-08-06 | Flow regulating valve |
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JP2008202650A Pending JP2010038278A (en) | 2008-08-06 | 2008-08-06 | Flow regulating valve |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2010038278A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN108240774A (en) * | 2018-02-11 | 2018-07-03 | 中国科学院工程热物理研究所 | The heat transfer unit (HTU) of heat output self adaptive control |
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2008
- 2008-08-06 JP JP2008202650A patent/JP2010038278A/en active Pending
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