【発明の詳細な説明】
電気的に加熱可能な、形状記憶材料から成る
調節機構で流体の流れを調整するための弁
本発明は、電気的に加熱可能な、形状記憶材料から成る調節機構で流体の流れ
を調整するための弁であって、調節機構が、ばねの戻し力に抗して、温度に基づ
く長さ変化の程度に応じて、閉鎖部材の、弁坐に対する相対位置を調節する形式
のものに関する。
ドイツの期刊誌Management Wissen８／８８、５９ページ「Tich-Highlights」
によればロボット制御のための圧縮空気弁が公知である。この弁はきわめて小さ
い構造形式、簡単な構成及び迅速な切換パルスですぐれている。この弁は、この
弁とは異なって大きくかつ高価である従来使用されていた電磁式弁の代わりとな
る。この場合には前記弁の磁石はしばしばセンサ及び敏感なマイクロ電子的な回
路のための故障源になる。
新しいきわめて小型であるこの弁は能動素子として形状記憶合金を使用してい
る。この合金の分子構造には固体相の幾何学的な形状が記憶させられているので
、温度に関連して幾何学的な変化が行われる。この公知の圧縮空気弁は圧縮ばね
により閉鎖位置に保持される弁先端と結合された形状記憶金属ピンを有している
。形状記憶金属ピンは電気的な回路に統合されている
。電流が流されていないと、ばねは弁を閉じた状態に保つ。この場合、形状記憶
金属は低温状態で比較的に長い幾何学的な形を維持する。形状記憶金属が電流で
加熱されると、形状記憶金属は第２の高温状態に変態しかつ短くなる。この場合
には、ばね力が克服されかつ弁が開放される。
この弁の公知の構造は開放もしくは閉鎖機能を有する純然たる制御機構である
。流体の流れをこの公知の弁で調整することは実施できない。
ＥＰ−Ａ１−０３９１０１８号明細書によれば測定及び析出装置のためのセン
サが公知である。これは、測定しようとする値が直接又は間接的にセンサ部材の
材料に影響を及ぼすセンサ部材である。センサ部材は形状記憶材料から成り、そ
の材料の組織的な相移行範囲における温度にその稼動温度を調節可能に加熱可能
である。公知の測定兼分析装置の機能の特徴はセンサの温度が、調整可能な加熱
電流でコンスタントに保たれ、この場合、線材区分にかかる電圧、加熱電流又は
加熱力が測定値として使用されることである。この公知の装置においては、測定
しようとする値は、加熱電流調整によって保たれた形状記憶材料の低温相から高
温相への相組織移行範囲における温度に対する影響を有している。すなわち、加
熱電流は材料の温度変化に合わせて後調整される。
流体の流れの直接的な調整は公知の測定兼分析装置
では不可能で、流体の流れのために付加的な電気機械的なもしくは電磁的な調整
機構が必要であり、この調整機構が公知の測定兼析出装置によって制御される必
要がある。このような配置は費用がかかり、故障しやすく、したがって満足でき
るものではない。
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の電気的に加熱可能な形状記憶材料から成
る調節機構を用いて流体の流れを調整するための弁であって、貫流する流体の流
れの所定の状態を一定に保つ意味で直接的に調整するために使用可能でかつその
上、構造が複雑でなくかつきわめて小型である形式のものを提供することである
。
本発明の課題は請求項１の上位概念に記載した形式の弁において、調節機構が
形状を記憶する材料ＳＭＡ（ＳＭＡ＝Shape Memory Alloy）の相移行範囲内の温
度に定電流で加熱可能な糸であって、糸を取囲む弁体がこれと協働して、貫流す
る流体の流れの状態における変化に特別な形式で応働する熱交換装置として構成
されていることによって解決された。
前記弁は利点をもって、流体の流れの直接的な調整に適する。この場合流体の
流れは、例えば一定の圧力範囲、一定の流れ範囲又は一定のガス混合範囲の他に
、一定の温度範囲における状態の比較的に狭まい平衡範囲内へ調整される。
本発明の構成では、弁は、ＳＭＡ糸を受容する、調
整しようとする流体の流れを導く、ＳＭＡ糸と流体の流れとの間の熱交換に役立
つ通路もしくは接続部を有している。
この弁と体系的な弁ヴァリエーションに共通であることは、形状記憶材料から
成る調節機構の収縮もしくは離角が閉鎖メカニズムの作動に利用されていること
である。この弁及び弁ヴァリエーションの配置における別の共通性は、流体の流
れの変化によって惹起される調節機構の相移行範囲における長さ変化が、弁を通
る流体の案内値もしくは流過値の直接的な変化を結果としてもたらし、この案内
値が調節機構の温度に関連した長さの単調関数であることである。線材の温度に
とっては運転中に発生する、当該システムの熱勘定に影響を及ぼす、すべてのパ
ラメータが関係する。これは例えば、
−流体の温度Ｔ
−流体の導熱性Ｗもしくは種々異なる流体成分
−流体の流過値ｑ
−流体の圧力ｐ
−線材における電子的な、特にコンスタントな加熱力Ｐ
である。
弁の周囲（壁）温度を一定であると仮定すると、弁の案内性はこれらの値の１
つ又は複数の関数になる。
Ｌ＝ｆ（Ｔ，Ｗ，ｑ，ｐ，Ｐ）
運転形式又は構成的な処置によって、線材に対する前記値の影響は、弁の構造
に応じて、加熱力が一定に保たれた状態で、案内値の変化で直接的にプロセス媒
体により補償される。例えば弁の特別な構成により、弁を流れる流体の圧力が線
材と接触するが流れは接触しないようにすること又はその反対が達成される。こ
の場合には構成形式は収縮する糸が弁の閉鎖又は開放を行うように選択すること
ができる。
以下に弁の実際の使用に有意義な実施態様について記載する。例えばこの弁は
圧力調整機構として構成され、導電性を有しない材料から成る、ＳＭＡ糸とばね
と閉鎖部材とを受容する孔と、接続通路を有する弁坐と接続通路からなる側方へ
分岐する副通路とを受容するヘッド部分と、閉じられた底部分とを有することが
できる。この場合、ばねはＳＭＡ線材の弁側の端部と弁底におけるＳＭＡ線材の
他方の端部との間の電流のための導体としてそれぞれ電流源に接続されている。
この構造形式では糸を取囲むガス圧は、弁が開放されている状態では、副通路
から接続通路を通って流れる流体の圧力と等しい。ガス流はＳＭＡ線材に著しい
影響を及ぼすことなく弁を通過することができる。導熱性が圧力に関連する圧力
範囲において弁は調整動作を発揮する。圧力が低下すると糸温度が上昇する。糸
は収縮しかつ弁を開放する。圧力が上昇すると、反対にガス流は絞られる。一定
の電気的な加熱力に対して
は、所定の限界内でコンスタントに保たれる平衡圧が発生させられる。
他の実施態様においては、弁は流過調整機構として構成され、底部分における
流入通路とヘッド部分における流出通路とを有している。この構成ではガス流は
ＳＭＡ線材に沿って流れ、熱を導出する。適当な流れ範囲においては導出された
熱は流れの関数である。線材温度を流体の所定のコンスタントな流れに際して相
移行限界に保持するコンスタントな電気的な出力においては、増加する流れが糸
温度を低下させる作用が実現される。この場合、糸は長くなり、弁の案内値は減
少される。減少する流れはその反対の現象をもたらす。このような形式で流過す
る流体の流れは平衡状態を保とうとする。この平衡状態は狭まい限界内で一定に
保たれる。この場合、調節された流れは供給された電圧もしくは加熱力にほぼ比
例する。したがってこの弁タイプはガスを圧力制御するための電気的な調整回路
における調節部材として適する。これとは異なって公知技術に従って製作された
ガス流のための比例弁は問題があり、きわめて費用がかかりかつ故障しやすい。
本発明の別の実施態様においては弁は混合調整機構として構成され、ヘッド部
分は比較的に高い導熱性を有するガス成分のための流入通路と混合物流入のため
の副通路とを備えた弁坐を有し、底部分はコンスタントに調整された混合物の流
出通路を有している。この
弁タイプは物理的な基礎として異なるガス種の導熱特性を使用している。ガス混
合体において濃度が変化すると、その結果として一般的に導熱性の変化がもたら
される。弁が閉じられた状態でガス流が弁ヘッドにおける副通路から底部分にお
ける流出通路に流れると、ＳＭＡ線材の加熱力は所定のコンスタントな流れ状態
においては、ガス成分の所定の混合体濃度と平衡状態にある。この場合、高い方
の導熱性を有するガス成分はヘッド部分の当初閉じられていた流入通路に作用す
る。このガス成分が混合体において減少すると、導熱性は低下し、線材はその温
度を上昇させかつ短くなるので、弁は開放しかつ高い方の導熱性を有する成分は
付加的に増量される。このような形式で比較的に狭まい、限界内で混合濃度の平
衡状態が得られる。
別の有利な弁ヴァリエーションはガス漏れ探査器、特にヘリューム漏れ探索器
のための保護弁として構成されている。弁は底部分における流入通路とヘッド部
分における、探索器への接続通路と、弁体のヘッド側の端部における、弁坐に対
する副接続部内のバイパス開口とを有している。探査運転においては高いヘリュ
ーム凝縮物が漏れ探査器で探査される。たいていは責任のある粗い漏れは、高い
ヘリューム濃度のガス流が装置をすでに通過してからはじめて確認される。その
結果として非敏感性と長い回復時間がもたらされる。このような場合に保護弁は
ガス流を遮断する。加熱力
は濃度がわずかである場合に弁を開放するように調節されている。ヘリュームを
多く含んだガス流が底部分における流入通路を通って流入すると、ガス流におけ
るヘリュームの濃度が高いことに基づき、ＳＭＡ線材は、ガスの導熱性が大きく
なる結果、冷却され、長くなりかつ弁を閉じる。次いでガス流はバイパス開口だ
けを介して逃がされることになる。ヘリューム濃度が低下すると、弁は再び出発
状態に移動する。すなわち弁は開放される。
本発明の別の実施態様においては、弁は、閾値スイッチとして構成され、中央
で分割された弁体と、底部分におけるガス流入通路と、閉鎖部材を案内して受容
する、中間壁における弁坐で閉鎖可能な第１の孔とを有し、この第１の孔に弁体
において第２の孔が接続され、この第２の孔が閉鎖部材の先端に固定的に結合さ
れたＳＭＡ糸を受容している。このＳＭＡ糸は出口側で、流出通路を有するヘッ
ド部分に固定されている。この場合、この弁は解放後その状態にロックされかつ
外から後退させられなければならない切換え弁である。ガス流が弁を底部分から
ヘッド部分へ通過すると、流れが所定の閾値を越えた場合には、ガス流が完全に
遮断される。これによって線材濃度はさらに上昇しかつ弁は閉じられた位置にロ
ックされる。
流過調整機構として構成されたバリエーションにおける弁の有利な構成の特徴
は流体の流れの、熱交換を
強める流体の集束を高めて流体の流れを案内するために、ＳＭＡ線材を取囲む、
比較的に狭まい、底部分の流入通路と弁坐との間を延びるセラミック小管が配置
されていることである。
次に本発明を略示した有利な実施例について説明する。この場合、図面には本
発明の有利な構成を特徴とが示されている。
第１図はガス状の媒体の圧力をコンスタントに調整する弁構造の略示図。
第２図は第１図の弁構造の回路図。
第３図はガス流のコンスタントな流過調整を行う弁構造の略示図。
第４図は第３図の弁構造の回路図。
第５図はガスのコンスタントな混合調整を行うための弁構造の略示図。
第６図は第５図の弁の回路図。
第７図はヘリューム漏れ探査器のための保護弁の働きをする弁構造の略示図。
第８図は閾値スイッチの働きをする弁構造の略示図。
第９図は第３図と第４図に示したコンスタントな流れ調整を行うための弁を、
ＳＭＡ線材を取囲むセラミック小管と共に断面して示した図。
図面に略示した弁構造バリエーションは共通の特徴もしくは類似した特徴とし
て、導電性ではない材料か
ら成る弁体２０を有し、この弁体２０は弁坐２２を有するヘッド部分２５と底部
分２６とを備えている。弁体２０は孔２４内に、電気的に加熱可能な形状記憶材
料から成る、ＳＭＡ糸の形をした調節機構を有する閉鎖部材２１と戻しばね２３
とを受容している。
以後記述する弁バリエーションにおいて、形状記憶材料から成る線材１の収縮
もしくは離角が閉鎖部材２１の作動に用いられることが共通ではあるが、原理的
には線材１の代わりに曲げ又はねじりによる形状変化を呈する他の幾何学的な形
を使用することもできる。構成の簡易性並びに機能の理解性に基づき線材原理を
選びかつ例として図示した。又、閉鎖部材２１として円錐又はニードル弁体を用
いることも実施例に過ぎず、これに限定されるものではない。この場合にも原理
的には他の弁タイプを使用することができる。駆動装置の配置は、原則的には、
調節機構として使用したＳＭＡ線材１の相移行範囲における長さの変化が、弁坐
における案内値、ひいては流体流過量の変化をもたらし、したがって案内値が調
節機構の長さの単調関数であるように選択されている。
特に流過する流体の流れの状態における変化に応働する熱交換装置の形に弁を
原則的に構成することにより、線材１のそのつどの長さが、加熱力を一定に保っ
た状態で、糸温度の関数として流体の流れの種々異なる物理的なパラメータに影
響されることが達成される
ようになった。したがって線材１の温度に対しては、システムの熱勘定に影響を
及ぼす、運転中に発生するすべてのパラメータ、例えば温度、導熱性、流過量、
圧力及びガスの混合形式が責任があることになる。
第１図には定圧器のための配置が示されている。ＳＭＡ糸を取囲むガス圧は副
通路２８の接続部Ａにおける圧力と等しい。なぜならばこの副通路２８は弁体２
０の孔２４と接続されているからである。ＳＭＡ糸１の高温状態で閉鎖部材２１
が開放されている場合には、ガス流が弁のヘッド部分２５における接続通路Ｂ、
２７と副通路２８との間で流れることができる。導熱性が圧力に関連する圧力範
囲においては、弁は調整動作を発揮する。圧力が低下すると糸１の温度は上昇す
る。糸１は収縮しかつ弁を開放する。圧力が上昇すると、反対にガス流が絞られ
る。したがって固定した電気的な加熱力に対しては、比較的に狭まい限界内でコ
ンスタントに保たれる平衡圧が調節される。第１図による弁構造は、閉じられた
底部分２６を有している。この場合にはばね２３はＳＭＡ線材１の弁側の端部と
ＳＭＡ線材１の、弁底２６における他方の端部との間の電流のための導体として
、それぞれ１つの電流源２に、電流接続部３，４を介して接続されている。
第２図においては第１図の弁構造の回路図が示されている。この回路図にはガ
ス流がＢからＡへかつバキュームタンク１１と弁体２０とを介してバキュームポ
ンプ１０へ流れる精密バキューム装置の配置が示されている。この場合、弁体２
０は流体の流れに対する副接続路に配置された、ＳＭＡ糸１の形をした調節機構
を有している。このＳＭＡ糸１は電流接続部３，４を介して電流源２に接続され
ている。この電流源２は調整可能な電流源として示されているが、一定に保とう
とする圧力に対しては一定に調整される。
第３図による弁構造は、定流調整を行うシステムを示している。この構造では
ガス流はＳＭＡ線材を通過しかつ熱を導出する。したがって適当な流れ範囲にお
いては導出される熱は流れの関数である。相移行範囲における線材温度に相応し
て与えられた電気的な出力のもとで、増加する流れは糸温度を低下させるのに対
し、減少する流れはその反対に作用する。この場合、流れは平衡状態をもたらそ
うとする。弁は底部２６に符号Ｂを備えた流入通路３０を有し、ヘッド部分２５
は符号Ａを備えた流出通路２９を有している。電気的な接続部と符号はその他の
点では第１図のものと同じである。
第４図においては、第３図の流れ調整弁の回路が示されている。この場合にも
同じ部材には同じ符号が付けられている。ベンチュレータ９からは符号Ｂで示さ
れた流体の流れが、加熱されたＳＭＡ糸１に沿って、弁を介して流出通路Ａに向
って送られる。流れが変化するとすでに述べたようにＳＭＡ糸が電流源２によっ
てコンスタントに加熱されている状態で、このＳＭＡ糸の温度が変化する。この
場合には閉鎖機構２１は相応に作動される。
第５図においては混合調整機構として構成された弁が示されている。この場合
には閉鎖部材２１とＳＭＡ線材１の調節機構と戻しばね２５とを有する弁２０が
設けられている。少なくとも２つの成分から成る調整しようとする混合物はヘッ
ド部分２５における、符号Ａで示された流入通路３３を通って弁内に流入し、Ｓ
ＭＡ糸１に沿って流れ、符号Ｃで示された底側の流出通路３４を通って弁から流
出する。当初、弁閉鎖体２１によって遮断された、高い方の導熱性を有するガス
成分は符号Ｂで示された流入通路３２に作用する。導熱性はガスの種類に関連す
る。ガス混合物において成分の濃度が移動すると、流れが一定である場合に導熱
性の変化がもたらされる。この効果を図示の弁構造は利用している。接続部Ａを
通っては常に例えば２部分の混合物が流出口Ａに向って流れる。導熱性の高い方
の成分が混合物において減少すると導熱性が減退し、ＳＭＡ線材１はその温度を
上昇させかつ短くなり、閉鎖部材２１は弁坐２２から離される。これによって、
導熱性の高方の成分のための流入通路３２の流れ横断面が開放され、混合物は再
びコンスタントな混合濃度に調整される。
このための回路図は第６図に示されている。ファン
８によて例えば２成分の流体混合物が符号Ａを有する流入通路３３を介して弁体
３０を通って、符号Ｃを有する流出通路３４に送られる。ファン７は弁が開放さ
れている場合に、導熱性の高い方の成分を符号Ｂを有する流入通路３２を通して
、記述した形式で流体混合物流の混合率を高めるために搬送する。他の部材は同
じ符号で示されている。
第７図においてはガス漏れ探査器、特にヘリューム漏れ探査器のための保護弁
としての構造を有する弁が示されている。底部分２６には流入通路３０があり、
この流入通路３０は導管で探査先端と接続されている。流入通路３０は符号Ｄで
示されている。ヘッド部分２５には探査器に対する接続部を有する流出通路２９
がある。流出通路２９は符号Ｅを有している。さらにヘッド部分２５のすぐ横に
はバイパス開口２５がある。所定のヘリューム濃度と探査器の流れ値に対しては
、ＳＭＡ線材１の誘導された加熱力とヘリューム濃度の小さい漏れ探査器流によ
る熱導出との間には平衡状態が生じる。この場合には弁は開放される。ヘリュー
ムをより多く含有する流体の流れが符号Ｄで示したところに流入すると、ＳＭＡ
線材１からより多くの熱が導出され、このＳＭＡ線材１は長くなった幾何学的な
形をとる。これにより閉鎖部材２１は弁坐２２を閉じ、ガス流はバイパス開口３
５を介してしか逃げることができなくなる。
弁は択一的に圧力又は流れのための閾値スイッチとしても構成できる。解離後
にその状態にロックされ外から戻されなければならないこのような弁は、第８図
に示されている。弁は中央で分割された弁体２０、底部分２６におけるガス流入
通路３０、ヘッド部分２５における流出通路を２９を有している。符号Ｆを有す
るガス流入通路３０には、ガス閉鎖部材２１を案内して受容する、中間壁１９に
おける弁坐２２で閉鎖可能な第１の孔２４が接続している。さらに弁は、流れ方
向で第２の孔１８を有している。この第２の孔１８は閉鎖部材２１の先端１７と
固定的に結合されたＳＭＡ糸１を弁の調節機構として受容している。このＳＭＡ
糸１は流出側でヘッド部分２５に固定されている。ＳＭＡ線材の加熱は電流接続
部３，４を介して電流源２によって行われる。作用中に流体の流れは概略的に示
した弁をＦからＧへ通過する。流れが所定の閾値を下回ると、ガス流は遮断され
、ひいてはガス流による熱導出が中断される。これによって線材温度が引続き上
昇しかつ弁がこの位置にロックされる。
第９図に示したように、流体の流れとＳＭＡ糸との間の特に強い熱交換は流れ
案内小管１６を有する弁の構造により達成することができる。この配置では、コ
ンスタントに加熱されたＳＭＡ糸と貫流する流体の流れとの間の熱交換の熱的な
平衡は、流体の流れの速度とこれによって惹起される多かれ少なかれ迅速な熱搬
送との間の関連性によって決められる。セラミック小管１６によってＳＭＡ糸１
のすぐ近くに集束された流れによって、前記平衡、ひいては弁の機能はきわめて
敏感になる。
前述の弁タイプは一般的な弁タイプに比して一連の利点を有する。
これらの利点とは
−簡単で、比較的に安価な構造、
−小型である構造形態、
−特殊な特性、これによって簡易化された適応性
−０．５Ｖ以下の電圧と０．５Ａ以下の電流を用いた運転が可能で、特別な使用
領域での使用が可能
−磁石とその磁界が省略されることに基づき、センサ及び敏感なマイクロ電子回
路の故障の回避である。Detailed Description of the Invention
Electrically heatable, made of shape memory material
A valve for regulating the flow of fluid with a regulating mechanism
The present invention is an electrically heatable, regulative mechanism of shape memory material that allows fluid flow.
Is a valve for adjusting the
A type in which the relative position of the closing member with respect to the valve seat is adjusted according to the degree of change in length.
Regarding things.
German management magazine Management Wissen 8/88, page 59 "Tich-Highlights"
A compressed air valve for robot control is known from US Pat. This valve is extremely small
It has excellent structure, simple structure and quick switching pulse. This valve is this
It is an alternative to the solenoid valve that was used in the past, which is large and expensive unlike the valve.
It In this case the valve magnet is often a sensor and a sensitive microelectronic
Become the source of failure for the road.
The new, extremely compact valve uses shape memory alloys as active elements.
It Since the geometrical shape of the solid phase is memorized in the molecular structure of this alloy,
, A geometric change is made in relation to temperature. This known compressed air valve is a compression spring
Has a shape memory metal pin coupled to the valve tip that is held in a closed position by
. Shape memory metal pins are integrated into the electrical circuit
. When no current is applied, the spring keeps the valve closed. In this case, shape memory
Metals maintain a relatively long geometric shape at low temperatures. Shape memory metal is electric current
When heated, the shape memory metal transforms and shortens to a second high temperature state. in this case
The spring force is overcome and the valve is opened.
The known construction of this valve is a pure control mechanism with an opening or closing function.
. It is not possible to regulate the fluid flow with this known valve.
According to EP-A1-03991018, a sensor for a measuring and depositing device is provided.
Is known. This is because the value to be measured is directly or indirectly measured by the sensor member.
A sensor member that affects the material. The sensor member is made of shape memory material,
Ability to adjust its operating temperature to a temperature within the systematic phase transition range of the material
Is. The feature of the function of the known measurement and analysis device is that the temperature of the sensor can be adjusted by heating.
It is kept constant by electric current, in which case the voltage, heating current or
The heating power is to be used as a measurement. In this known device, the measurement
The value to be tried is high from the low temperature phase of the shape memory material maintained by the heating current adjustment.
It has an effect on the temperature in the range of phase structure transition to the warm phase. That is,
The thermal current is readjusted as the temperature of the material changes.
Direct adjustment of fluid flow is a known measurement and analysis device
Is not possible with an additional electromechanical or electromagnetic adjustment for fluid flow
A mechanism is required and this adjustment mechanism must be controlled by a known measuring and depositing device.
It is necessary. Such an arrangement is costly, prone to failure and therefore satisfactory.
Not something.
The object of the invention consists of an electrically heatable shape memory material of the type mentioned at the outset.
A valve for regulating the flow of fluid using a regulating mechanism that
It can be used to adjust directly in the sense that it keeps its given state constant, and
The first is to provide a form that is not complicated in structure and is extremely small.
.
The object of the present invention is to provide a valve of the type described in the preamble of claim 1 in which the adjusting mechanism is
Temperature within the phase transition range of SMA (Shape Memory Alloy), a material that remembers shapes
It is a thread that can be heated with a constant current every time, and the valve body that surrounds the thread cooperates with it to flow through it.
Configured as a heat exchange device that reacts in a special manner to changes in the fluid flow conditions
Has been resolved by being.
Said valve is advantageously suitable for direct regulation of fluid flow. In this case the fluid
The flow can be, for example, a constant pressure range, a constant flow range or a constant gas mixing range.
, Adjusted to a relatively narrow equilibrium range of conditions in a certain temperature range.
In a configuration of the invention, the valve receives a SMA thread,
Useful for heat exchange between the SMA yarn and the fluid flow, which guides the fluid flow to be adjusted
One passage or connection.
What is common to this valve and systematic valve variations is that
The contraction or declination of the adjusting mechanism used to actuate the closing mechanism
Is. Another commonality in the arrangement of this valve and valve variation is the fluid flow.
The change in length in the phase transition range of the regulatory mechanism caused by this change is
This results in a direct change in the guiding or flow-through value of the
The value is a monotonic function of length related to the temperature of the adjusting mechanism. To the temperature of the wire
For all the performance-related effects that affect the system's heat budget.
Parameters are involved. This is for example
-Fluid temperature T
-The thermal conductivity W of the fluid or different fluid components
-Fluid flow value q
-Fluid pressure p
-Electronic, especially constant heating power P in the wire
Is.
Assuming that the ambient (wall) temperature of the valve is constant, the guideability of the valve is one of these values.
Can be one or more functions.
L = f (T, W, q, p, P)
Depending on the mode of operation or the constructive measures, the effect of the above values on the wire depends on the valve structure.
Depending on the temperature, the heating force is kept constant and the guide value changes directly to the process medium.
Be compensated by the body. The pressure of the fluid flowing through the valve is
A contact with the material but not the flow or vice versa is achieved. This
In the case of, the type of construction should be chosen so that the contracting thread closes or opens the valve.
Can be.
The following describes embodiments that are meaningful for the actual use of the valve. For example, this valve
SMA thread and spring configured as a pressure adjusting mechanism and made of a non-conductive material
And a seat for receiving the closing member and a connecting passage, and a lateral direction including the valve seat and the connecting passage.
May have a head portion for receiving a bifurcating secondary passage and a closed bottom portion
it can. In this case, the spring is the end of the SMA wire on the valve side and the SMA wire on the valve bottom.
Each is connected to a current source as a conductor for a current between it and the other end.
In this construction type, the gas pressure surrounding the thread is such that the valve is opened and the auxiliary passage
Equal to the pressure of the fluid flowing from through the connection passage. Gas flow is remarkable for SMA wire
It can pass through the valve without affecting it. Pressure where heat conductivity is related to pressure
In the range, the valve exerts a regulating action. When the pressure decreases, the yarn temperature rises. yarn
Contracts and opens the valve. When the pressure rises, on the contrary, the gas flow is throttled. Constant
Against the electric heating power of
Generate an equilibrium pressure that is constantly kept within predetermined limits.
In another embodiment, the valve is configured as a flow adjustment mechanism and the bottom portion
It has an inflow passage and an outflow passage in the head portion. In this configuration the gas flow is
It flows along the SMA wire and releases heat. Derived in the appropriate flow range
Heat is a function of flow. The temperature of the wire is proportional to the constant flow of the fluid.
At constant electrical output that keeps the transition limit, the increasing flow
The effect of lowering the temperature is realized. In this case, the thread becomes longer and the guide value of the valve decreases.
Be reduced. A decreasing flow brings about the opposite phenomenon. Flow through in this way
The flowing fluid tries to maintain equilibrium. This equilibrium state is constant within narrow limits
To be kept. In this case, the regulated flow is approximately proportional to the applied voltage or heating power.
For example. This valve type is therefore an electrical regulator circuit for pressure control of gas.
Suitable as an adjusting member in. Different from this, it was manufactured according to known technology.
Proportional valves for gas flow are problematic, extremely expensive and prone to failure.
In another embodiment of the present invention, the valve is configured as a mixing adjustment mechanism and the head
Minutes due to the inflow passage for the gas components with relatively high heat conductivity and the mixture inflow
And a valve seat with a secondary passage, the bottom part of which constantly regulates the flow of the mixture.
It has an exit. this
The valve type uses the heat transfer characteristics of different gas species as a physical basis. Gas mixture
Changes in concentration during coalescence generally result in changes in thermal conductivity.
To be done. With the valve closed, the gas flow from the secondary passage in the valve head to the bottom part.
Flowing into the outflow passage, the heating power of the SMA wire is in a constant constant flow state.
In equilibrium with a given mixture concentration of gas components. In this case, the higher one
Of the heat-conducting gas component acts on the initially closed inflow passage of the head part.
It If this gas component is reduced in the mixture, the heat conductivity will decrease and the wire will lose its temperature.
The valve opens and the higher heat-conducting component
In addition, the dose is increased. In this way, it is relatively narrow, and the mixing concentration is flat within the limits.
An equilibrium is obtained.
Another advantageous valve variation is a gas leak probe, especially a helium leak probe.
Configured as a protective valve for. The valve has an inflow passage at the bottom and the head
The connecting passage to the searcher and the valve seat at the head end of the valve disc.
And a bypass opening in the sub-connector. High heli in exploration operation
Rume condensate is probed with a leak probe. Coarse leaks, which are usually responsible, are high
Only after the gas stream with a helium concentration has passed through the device is it confirmed. That
The result is insensitivity and long recovery times. In this case the protection valve
Cut off the gas flow. Heating power
Is adjusted to open the valve when the concentration is low. Helium
If a rich gas flow enters through the inflow passage at the bottom,
Due to the high concentration of helium, the SMA wire has a large gas thermal conductivity.
As a result, it cools, lengthens and closes the valve. Then the gas flow is a bypass opening
It will be escaped through the injury. Valve starts again when helium concentration decreases
Move to state. That is, the valve is opened.
In another embodiment of the invention, the valve is configured as a threshold switch and has a central
Guide valve for the valve body, the gas inflow passage at the bottom, and the closing member.
And a first hole that can be closed with a valve seat in the intermediate wall, and the valve body is provided in the first hole.
A second hole is connected at the second end and is fixedly connected to the tip of the closure member.
Receiving the SMA thread that has been removed. This SMA thread has a head with an outlet passage on the outlet side.
It is fixed to the part. In this case, the valve is locked in that condition after release and
It is a switching valve that must be retracted from the outside. Gas flow through the valve from the bottom
Passing to the head section, if the flow exceeds a certain threshold, the gas flow is completely
Be cut off. This causes the wire concentration to rise further and the valve to move to the closed position.
Be locked.
Advantageous design features of the valve in a variant designed as a flow-through adjustment mechanism
Heat exchange of the fluid flow
Surround the SMA wire to enhance the focusing of the fluid and guide the fluid flow,
Small ceramic tubules that are relatively narrow and extend between the bottom inflow passage and the valve seat
That is what is being done.
An advantageous embodiment of the invention will now be described. In this case, the book
The advantageous features of the invention are characterized.
FIG. 1 is a schematic view of a valve structure for constantly adjusting the pressure of a gaseous medium.
FIG. 2 is a circuit diagram of the valve structure of FIG.
FIG. 3 is a schematic view of a valve structure for performing constant flow rate adjustment of gas flow.
FIG. 4 is a circuit diagram of the valve structure of FIG.
FIG. 5 is a schematic view of a valve structure for performing constant gas mixing adjustment.
FIG. 6 is a circuit diagram of the valve of FIG.
FIG. 7 is a schematic view of a valve structure that functions as a protective valve for a helium leak probe.
FIG. 8 is a schematic view of a valve structure that functions as a threshold switch.
FIG. 9 shows the valve for constant flow regulation shown in FIGS. 3 and 4,
The figure shown in section with the ceramic small tube surrounding the SMA wire rod.
Variations in the valve structure outlined in the drawings are common or similar.
A non-conductive material
A valve body 20 comprising a head portion 25 having a valve seat 22 and a bottom portion.
Minutes 26 and. The valve body 20 has a shape memory material that can be electrically heated in the hole 24.
Closure member 21 and return spring 23 with adjusting mechanism in the form of SMA thread
Accepts and.
In the valve variations described below, the shrinkage of the wire 1 made of shape memory material
Alternatively, the separation angle is commonly used to actuate the closing member 21, but in principle
In place of the wire rod 1, other geometrical shapes exhibiting a shape change due to bending or twisting
Can also be used. Based on the simplicity of construction and the understanding of functions
Selected and illustrated as an example. Further, a conical or needle valve body is used as the closing member 21.
However, this is only an example and the present invention is not limited to this. In this case also the principle
Alternatively, other valve types can be used. The arrangement of the drive device is, in principle,
The change in length in the phase transition range of the SMA wire 1 used as the adjusting mechanism is
Change in the guide value, and thus the fluid flow rate, and thus the guide value is adjusted.
It is chosen to be a monotonic function of the length of the node mechanism.
In particular, the valve is in the form of a heat exchange device that responds to changes in the flow state of the flowing fluid.
By constructing in principle, the length of each wire 1 keeps the heating power constant.
Under different conditions, it affects different physical parameters of the fluid flow as a function of yarn temperature.
Is achieved
It became so. Therefore, the temperature of the wire 1 affects the heat balance of the system.
All parameters that occur during operation, such as temperature, thermal conductivity, flow-through,
The form of pressure and gas mixing will be the responsibility.
FIG. 1 shows the arrangement for the constant pressure device. The gas pressure surrounding the SMA thread is sub
It is equal to the pressure at the connection A of the passage 28. Because the sub passage 28 of the space is the valve body 2
This is because it is connected to the hole 24 of 0. The closing member 21 when the SMA thread 1 is in a high temperature state
Is open, the gas flow allows the connection passage B in the valve head portion 25,
It can flow between 27 and the sub-passage 28. Pressure range where heat conductivity is related to pressure
In the enclosure, the valve exerts a regulating action. When the pressure decreases, the temperature of thread 1 rises
It The thread 1 contracts and opens the valve. When the pressure rises, on the contrary, the gas flow is throttled.
It Therefore, for a fixed electric heating force,
The equilibrium pressure that is constantly maintained is adjusted. The valve structure according to FIG. 1 is closed
It has a bottom portion 26. In this case, the spring 23 is connected to the valve-side end of the SMA wire 1.
As a conductor for current between the SMA wire 1 and the other end of the valve bottom 26
, Each of which is connected to one current source 2 via current connecting portions 3 and 4.
A circuit diagram of the valve structure of FIG. 1 is shown in FIG. This circuit diagram shows
The flow is from B to A, and through the vacuum tank 11 and the valve body 20
An arrangement of precision vacuum devices flowing to the pump 10 is shown. In this case, the valve body 2
0 is an adjusting mechanism in the form of a SMA thread 1 arranged in the sub-connection for the flow of fluid
have. The SMA thread 1 is connected to the current source 2 via the current connecting portions 3 and 4.
ing. This current source 2 is shown as an adjustable current source, but keep it constant.
The pressure is adjusted to be constant.
The valve structure according to FIG. 3 shows a system for constant flow regulation. In this structure
The gas stream passes through the SMA wire and dissipates heat. Therefore, in an appropriate flow range
In turn, the heat released is a function of flow. Corresponding to the wire temperature in the phase transition range
Under the given electrical output, the increasing flow is effective in decreasing the yarn temperature.
However, the decreasing flow acts in the opposite way. In this case, the flow creates an equilibrium
To try The valve has an inlet passage 30 with a reference B at the bottom 26 and a head portion 25
Has an outflow passage 29 with the symbol A. Electrical connections and symbols are other
The point is the same as that of FIG.
In FIG. 4, the circuit of the flow regulating valve of FIG. 3 is shown. Also in this case
The same members have the same reference numerals. Reference numeral B from the venturator 9
The flow of the generated fluid is directed along the heated SMA yarn 1 through the valve to the outflow passage A.
Will be sent. When the flow changes, the SMA thread is driven by the current source 2 as described above.
The temperature of this SMA yarn changes while being constantly heated. this
In that case, the closing mechanism 21 is actuated accordingly.
FIG. 5 shows a valve configured as a mixing adjusting mechanism. in this case
A valve 20 having a closing member 21, an adjusting mechanism for the SMA wire 1 and a return spring 25
It is provided. The mixture to be prepared consisting of at least two components is
Through the inflow passage 33 indicated by the symbol A in the valve portion 25 and flowing into the valve
Flows along the MA yarn 1 and out of the valve through a bottom side outflow passage 34, indicated by C.
Put out. Gas with higher heat conductivity initially blocked by valve closure 21
The components act on the inflow passage 32, which is designated by the symbol B. Thermal conductivity is related to the type of gas
It When the concentrations of the constituents in the gas mixture move, heat transfer occurs when the flow is constant.
A change in sex is brought about. The valve structure shown in the drawing utilizes this effect. Connect part A
Through it, for example, the two-part mixture always flows towards the outlet A. High thermal conductivity
When the amount of the component in the mixture decreases in the mixture, the heat conductivity decreases, and the SMA wire 1 decreases its temperature.
Raised and shortened, the closure member 21 is moved away from the valve seat 22. by this,
The flow cross section of the inflow passage 32 for the heat-conducting higher components is opened and the mixture is regenerated.
And constant mixture concentration is adjusted.
The circuit diagram for this is shown in FIG. fan
8, a fluid mixture of two components, for example, via an inflow passage 33 having the symbol A
Through 30 it is sent to an outflow passage 34 with the symbol C. Fan 7 has the valve open
, The higher heat-conducting component through the inflow passage 32 having the symbol B
, Transport to increase the mixing rate of the fluid mixture stream in the described manner. Other members are the same
The same reference numerals are used.
In FIG. 7, a gas leak probe, in particular a protective valve for a helium leak probe
A valve having the structure as is shown. The bottom portion 26 has an inflow passage 30,
This inflow passage 30 is connected to the probe tip by a conduit. The inflow passage 30 is designated by D
It is shown. The head portion 25 has an outflow passage 29 with a connection to the probe.
There is. The outflow passage 29 has the symbol E. Right next to the head part 25
Has a bypass opening 25. For a given helium concentration and probe flow value
, Induced heating power of SMA wire 1 and leakage probe flow with low helium concentration
An equilibrium state occurs between the heat dissipation and the heat dissipation. In this case the valve is opened. Helew
When the flow of the fluid containing a larger amount of the inflows into the place indicated by the symbol D, the SMA
More heat is drawn from the wire 1 and this SMA wire 1 has a longer geometrical shape.
Take shape. This causes the closure member 21 to close the valve seat 22 and the gas flow to the bypass opening 3
You can only escape via 5.
The valve can alternatively be configured as a threshold switch for pressure or flow. After dissociation
Such a valve, which must be locked in its position and returned from the outside, is shown in FIG.
Is shown in. The valve is a centrally divided valve body 20, gas inflow in the bottom portion 26
The passage 30 has an outflow passage 29 in the head portion 25. Has the code F
The gas inflow passage 30 for guiding and receiving the gas closing member 21 is provided in the intermediate wall 19.
A first hole 24, which can be closed at the valve seat 22 in the opening, is connected. Furthermore, the valve is
It has a second hole 18 in the direction. The second hole 18 and the tip 17 of the closing member 21
It accepts a fixedly bound SMA thread 1 as a valve regulatory mechanism. This SMA
The thread 1 is fixed to the head portion 25 on the outflow side. SMA wire heating is current connection
It is carried out by the current source 2 via the parts 3, 4. The flow of fluid during operation is shown schematically
Pass the valve from F to G. When the flow drops below a certain threshold, the gas flow is shut off.
As a result, the heat dissipation by the gas flow is interrupted. This keeps the wire temperature high.
Ascend and the valve is locked in this position.
As shown in FIG. 9, a particularly strong heat exchange between the fluid flow and the SMA yarn is
This can be achieved by the structure of the valve with the guide tube 16. In this arrangement,
The thermal exchange of heat between the SMA yarn that is constantly heated and the flow of fluid through it.
Equilibrium is the rate of fluid flow and the resulting more or less rapid heat transfer.
Determined by the relevance of sending. SMA thread 1 by ceramic small tube 16
Due to the focused flow in the immediate vicinity of the
Be sensitive.
The valve types described above have a series of advantages over common valve types.
What are these benefits
-Simple, relatively inexpensive structure,
-A small structural form,
-Special characteristics, which makes it easier to adapt
It can be operated with a voltage of -0.5V or less and a current of 0.5A or less, and is used for special purposes.
Can be used in the area
-Sensors and sensitive microelectronic circuits based on the omission of the magnet and its magnetic field.
Avoiding road failures.