JPS59197682A - 温度別分級弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は送給されてくる液体又番よガヌイ本の温〃シ又
は冷熱の熱流体を、形状記憶合金と磁石とを組合せて利
用し、温度別に分級し分流させようとする弁（こ関する
ものである。

創・省工、？−ルギーが叫ばれると共Ｇこ、従来ζよ顧
りみられなかった熱源１例えば太陽熱エイ・ルギーや工
場廃熱等の高度利用が考えられてきたが、それらから得
られるエネルギーは劣悪であり、ハラツギがあるのが通
例である。

しかし、需要側より見れは、エネルギーの質の問題が重
要であり、このたｌ／）の手段の確立が要請される所で
ある。

一般的に、熱源より送給されてくる熱流体が間歇的であ
り、温度Ｑこハラツキがあるとき、蓄熱という手段に頼
よる訳であるが、従来は、高温の場合も低温の場合も区
別することなく共（こ同一蓄熱槽Ｏこ導入していたため
平均的温度の利用となり、せっかくの高温の場合は、そ
の優位性は全く生かされることがなかった。

そこで、その送給の途中において、自動的に高温の場合
と低温の場合とを分級することが出来、別々（・こ蓄熱
するものとすれは、エクセルギー的により有利になるの
は当然のことであると思われるが。

従来このような場合、温度別に熱流体を分級させようと
すれは、センサー（こより温度を一旦識別し。

それを駆動装置に伝達し、弁の制御を図かるという、二
重三重の手順をとらざるを得なかったため。

装置は複雑となり、外部よりの入力、コスト、メンテナ
ンス等、理論上は可能であっても、実際上実用化Ｑこは
不向きであった。

そこで本発明Ｏこおいては、形状記憶合金の温度変化Ｏ
こ対するセンサー的機能とアクチェータ的機能を利用し
、かつそこに磁力を組合せることＯこよりンヤーブな分
級作業を自動的になさしめようとするものであり５例え
ば、Ｔ字型管の左側管より高温の熱流体を、右の側管よ
りは低温の熱流体を吐出させようとするものである。（
下方の管より温度的にバラツキのある熱流体を送給する
ものとして） 所で、形状記憶合金の温度変化Ｇこ対する変位量は第４
図のごときものであり、送給されてくる熱流体の温度が
大幅に急激（こ変化する時は、その応答性は極）ｌ）て
敏活を二作用し、充分機能材としての性能を発揮するの
であるが、形状記憶合金の設定変態温度附近で、徐々Ｏ
こゆったりと熱流体の温度変化がおこる時の応答性は、
特にそれがガス体である場合には、必ずしも敏活なもの
とはいえず、熱流体の温度別の分級作業はあいまいなも
のとなる。

（吐出口の両側共開放されたり、温度変化と弁の動きと
の間に大幅なタイムラグが生じたりする。）これが厳格
性を求める機能材としての利用を疎外していた。

そこで本発明は、磁力を組合せることにより、この問題
点を解決しようとするものである。

即ち、形状記憶合金、４の初期の動きと、弁、の動きと
の間にあそびを設け、そこ（こ磁石中の吸着力を組合せ
ること（こより、弁、にステイーティな動きを与え、厳
格な温度別の分級作業ななさしめようとするものである
。

以下、主要な構成を図（こ示す実施例を用いて説明する
。

第１図は本発明Ｇこおける温度別分級弁の断面図て′あ
り、第２図及び第３図は送給されてくる熱流体の温度変
化Ｇこよる弁本体部分の作動順及び位置関係の断面略図
である。

ボデー１は概略的ＱこはＴ字型管の形をしており。

銅・アルミ・プラスチック等番こよりつくられている。

ここで、Ｔ字型管の熱源より送給されてくる熱流体Ａを
迎え入れる管部分を流入管２゜温度別の分級（こより、
低温の場合の熱流体Ｂが流出する管部分を吐出管３．高
温の場合の熱流体Ｃが流出する管部分を吐出管４とする
。

流入管２が吐出管３・吐出管４＋こ分岐する附近を大き
く左右対称（こ脹らませ応答室５とする。

そして、応答室５が熱流体Ａを受は入れる入口附近に流
動圧を緩和し、かつ応答室５の室内で熱流体Ａか均一な
温度分布に混ざる様な分配器又はバッフル１５等を設置
する。

吐出管３及び吐出管４の内側（こは、即ち、応答室５（
こ面する側ζこは、所謂ゆるンートリングを構成する所
の任意の形状の板７及び７′を密着するか。

或いは、適当な距離をおいて設置する。

板７は永久磁石又は磁石を散在させた硬質ゴム等でつく
られており、単数又は複数個以上の円形又は正方形等の
流出口６を設ける。

板７及び７′に設けられている流出口６の大きさくこ対
応する大きさの弁８及び８′をシャフト１２（こより連
結する。

弁８及び８′は、磁石又は鉄製等のものであり、シャフ
ト１２は、板７と板７′との間の距離より短かく（こ摺
動可能の状態（こ挿入し、筒１３の両端０こはコイルシ
ート１０及び１０′を固着する。

応答室５の中央部にコイルシート１１及び１１′をもっ
た支柱９を突出させ筒１３を左右えスムーズ番こ摺動可
能なように支持し、支柱９の両側に筒１３を軸として、
コイルシート１１とコイルノート１ｏの間０こはコイル
ハネ１４ヲ、コイルシートｌｌ’、！−コイルシート１
０′との間には、コイルバネ１４′を単数又は複数個以
上を設定する。

所望Ｏコよっては、これらの支柱９を中心とする左右え
の摺動運動を安定させるため、コイルシート１１及び１
１′間を支柱９を二股Ｏこ突出させるなどして長くした
り、板７及び７′間に弁８及び８′の動きに平行に線状
のものを沿わせたり、板７ｏこ流出口６を複数個以上を
設けて、その対応する弁８群を結束し組む等の方法等を
とってもよい。

ここＱこおいて、コイルバイ−１４及ヒコイルバイ・１
４′の′計格の組合せは （１）　　コイルバイ・１４は一方向性の形状記憶合金
、コイルハネ１４′Ｑこは通常の弾性力を利用した弾性
材。

（ＩＩ）　　コイルハイ−１４，１４’共に一方向性の
形状記憶合金、但し、復元作用の設定温度が異なる。

（３）　コイルバイ・１４のみを用い、そこ（こ二方向
′１生の形状記憶合金を用いる。

Ｇｌ’）　　コイルバネ１４のみを用い、そこで一方向
性の形状記憶合金と通常の弾性力を利用した弾性材（こ
よるコイルバイ・とを組合せたもの用いる。

（Ｖ）　　コイルバイ・１４のみを用いる。但し、複数
個以−」−の一方向性の形状記憶合金のコイルバネを使
用し、互に復元作用の設定温度を異なったものとする。

（１’Ｄ　　コイルバネ１４・１４’共（こ二方向性の
形状記憶合金を用いる。但し、変態の設定温度（こおい
て復元の伸・縮の方向が互（こ逆向きとなるもの。

等々の実施例が考えられる。

以上の様な構成にもとづいて５氷温度別分級弁は使用さ
れているコイルバイ・の形状記憶合金そのもの自体のセ
ンサー的機能とアクチェーク的機能に磁力を組合せてボ
デー１内（こおいて、熱流体に対して直接利用するとい
う、インサイドのみの極めて簡潔な構成（こより、温度
的にバラツキのある熱流体の温度別の厳格なる分級作動
をなさしめることを特長とする装置である。

上記の構成を有する温度別分級弁の作動を具体的Ｏこ記
すならば下記の通りである。

ここではその実施例として、形状記憶合金のコイルバネ
１４及び１４′の組合せは、コイルバネ１４及び１４′
共に二方向性の形状記憶合金を用いる。

但し、変態の設定温度を６０°Ｃとし、その復元えの伸
・縮の方向は、コイルハネ１４は６０°Ｃ以上では収縮
方向に、６０°Ｃ以下では伸長することで復元しようと
し、一方コイルバネ１４′は６０℃以上で伸長方向番こ
、６０°Ｃ以下では収縮するよう復元するものを用いる
ものとする。（一定範囲の長さ間を６０°Ｃを境界とし
て、互に逆向きに作動する。） 今、太陽熱又は工場廃熱等を熱源として、７０℃の熱流
体Ａが送給されてきたものとする。

流速をもって送給される熱流体Ａが流入管２を通ってバ
ッフル１５等をもつ大きく左右対称に脹らんだ応答室５
に流入する時、その流速・流動圧は緩められ、応答室５
の室内では静かな均一な流れとなる。

そしてこの時、弁８と流出口６．コイルバネ１４等の位
置関係が第１図のようなものであったとするならば、送
給されてきた熱流体Ａが７０’Ｃとコイルバイ・１４及
び１４′に対する設定の変態温度６０　℃より高温であ
るから、コイルバネ１４は収縮の方向で復元しようとし
、コイルバネ１４′は伸長することにより復元りようと
する。

コイルバネ１４は不動の支柱９に固着したコイルシート
１１と筒１３の末端に固着しているコイルシート１０と
の間にあり、コイルバネ１４′はコイルシート１１′と
筒１３のもう一方の末端に固着しているコイルン−）１
０’との間にあり、コイルバイ・１４及びコイルバネ１
４′の軸となっている筒１３は、支柱９Ｇこ対して。

スムーズな摺動が可能なように支持されているのである
からコイルバネ１４及び１４′の伸・縮の運動は筒１３
を第１図上では左の方え移行させる結果を生ずる。

所が、筒１３はシャフト１２よりも短かいのであるから
、そして、シャフト１２の右端の弁８は、板７の磁力に
より吸着されているのであるから、筒１３の初期の非敏
活な運動は、弁８と流出１」６とに対してはなんらの影
響も与えることのないあそび状態となる。

しかし、第２図のような作動の位置関係を過ぎ。

さらにコイルバネ１４は収縮し、コイルレノ＜　４１４
’が伸長を続ければ、筒１３の左端は弁８′を後から左
側え押しやることになり、それはンヤフト１２１こより
連結されている弁８を流出口６より引き離すこととなる
。

そして、弁８と板７との距離より、弁８′と板７′との
間の距離が少しでも短かくなれは、板７′の磁力の叫引
力により弁８′は吸引され、又、形状記憶合金の変位量
も急速に増加し、弁８′を押し、第３図の作動順及び位
置関係の断面略図に示すように、弁８′は流出口６′を
完全に塞ぐこととなり、シャフト１２により連結されて
いる右側の弁８と流出口６との間（こは間隙を生ずる結
果となる。

したがって、高温の場合の熱流体Ａは、この間隙を通っ
て吐出管４を分級された高温熱流体Ｃとして流出するこ
とになる。

逆にこれが、形状記憶合金の設定温度より低い４０℃位
いの熱流体Ａが送給されてきたものとすれば。

コイルレバＡ・１４は伸長し、コイルバネ１４′は収縮
するのであるから、先の高温の熱流体Ａが送給された場
合の逆の動きとなり、流出口６は弁８により塞がれ、一
方、流出口６′と弁８′との間には間隙が生じ、それは
低温熱流体Ｂとして分級され、吐出管３より流出するこ
とになる。

この様に本発明（こおいては、形状記憶合金の役割は重
要なものであるが、それは温度変化によるコイルバネの
伸・縮をダイレクトなアクチェータとして使用するので
なく、送給されてくる〃も流体の温度が安定している静
的状態の時においては、流出口番こ対して弁を押えるプ
レノサーとしての役割を果しており。温度変化番ことも
なう動的な初期作動はあそびとして吸収され、動的な中
・後期の作動のみが弁（こ対して瞬撥的なインパクトと
して働きかけることが特長となっており、そしてそこ（
こ磁力が介在し、静から動えの敏活かつ堅実な変換を互
助する。

このようにして、シビアな温度別の分級作業をなさしめ
ようとするものである。

コイルバネ１４及び１４′の他の性格の組合せの場合も
これに準じて行なわれることは明らかてあり、又これが
冷熱の場合であっても同様に作用することはもちろんで
ある。

本発明は、太陽熱や工場廃熱等の場合の様ζこ、当初よ
り温度変動のバラツキが予想される熱源より送給されて
くる熱流体の温度別の分級に威力を発揮し、特に、温度
別の非混合蓄熱又は再利用等を二大きく貢献するものと
思われる。

この様な温度別の分級作用を形状記憶合金と磁石とを組
合せて利用することにより、インサイドのみの極めて簡
潔な構成により、エクセルキー的熱効果を高めることが
出来る温度別分級弁の装置である。

【図面の簡単な説明】

第１図は温度別分級弁の断面図である。 第２図は温度変化（こよる弁本体部分の作動順及び位置
関係の断面略図である。 第３図は温度変化による弁本体部分の作動順及び位置関
係の断面略図である。 第４図は形状記憶合金の温度変化に対する変位量を示す
図である。 特許出願人

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ボデー１は略Ｔ字型管の形をしており、流入
   管２が吐出管３及び吐出管４に分岐する附近を大きく脹
   らませて応答室５とする。
2. （２）吐出管３及び４の内側には永久磁石等でつくられ
   ている板７を設置し、単数又は複数口以上の流出口６を
   設定する。
3. （３）　　流出口６の太ぎさＧこ対応する大きさの磁石
   又は鉄製等の弁８及び８′を板７と板７′との間の距離
   より短かいシャフト１２により連結し、そのシャツと１
   ２をさらに適当に短かめの筒１３に摺動可能に挿入する
   。
4. （４）　　応答室５の中央部に支柱９を突出させ、筒１
   ３を摺動可能なように支持し、支柱９の両側に、筒１３
   を軸として、コイルバネ１４及びコイルバ４１４’を設
   定する。
5. （５）　　コイルバネ１４及びコイルレノ＜４１４’の
   組合せ番ｉ。 共に二方向性の形状記憶合金を用し・る。イ旦し、その
   変態の設定温度（こおいて復元の伸・縮の方向力（互（
   こ逆向きとなるもの等を用（・る。
6. （６）　　本温度別分級弁は使用されて（・るコイルシ
   ック暑・の形状記憶合金それ自体のもつ、センサー自勺
   機肖旨と７クチ工−タ的機能（こ、磁力を組合せてボデ
   ー１内をこおいて、熱流体に対して直接利用すること（
   こより温度的に］くラツキのある熱流体の７胤度号１」
   の分級作動をなさしめることを特長とする装置である。