採用形狀記憶合金材料的溫度調控閥門的製作方法

2023-11-10 17:35:32

專利名稱：採用形狀記憶合金材料的溫度調控閥門的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種調節控制腔室溫度的閥門，尤其涉及一種具有智能開合功能，可適用於一般流體腔室的溫度調控的閥門。
背景技術：
目前，公知的許多供熱通風、控制溫度以及流量調控的開關閥門均需要人工或電動開合，消耗人力及電力。已有的節能型形狀記憶合金自動 調節閥也無法調控閥門打開的大小程度，對於溫度的調控速度與調控強度存在一定的局限性。一般地，許多應用設計都將形狀記憶合金直接設置在閥門口附近。對於較大範圍的被控區域而言，正確感知被控區域溫度的高低對閥門的正常工作起到了關鍵作用。此時若仍將記憶合金材料安裝在閥門口，很容易出現因閥門口區域已達到指定溫度而使閥門關閉，但事實上被控區域溫度還遠沒有下降到指定目標的狀況。為解決這一問題，有必要研製一種可準確且智能調控的節能型閥門。

發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種採用形狀記憶合金材料的溫度調控閥門。本發明結構簡單緊湊，靈敏度、可靠性、穩定性高，清潔環保，無需供電。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種調節控制溫度閥門，它包括箱殼、閥門板、隔板、上端板、小齒輪、閉合擋架、傳動軸、SMA (Shape Memory Alloy形狀記憶合金材料)彈簧、連杆、復位彈簧、調節旋鈕和大齒輪等；其中，所述隔板固定在箱殼內，將箱殼分隔成閥門室和控制室兩部分，控制室底部封閉，頂部開口且與閥門室內室連通；傳動軸一端通過軸承固定在箱殼的後壁上，另一端穿過隔板與小齒輪固定連接，小齒輪與大齒輪嚙合，大齒輪與連杆的一端固定連接，連杆另一端的上部連接SMA彈簧，SMA彈簧的另一端與固定在控制室上部的上端板相連，連杆另一端的下部連接復位彈簧，復位彈簧的另一端穿過控制室下壁後，與調節旋鈕相連。兩塊閥門板固定在傳動軸上，閥門室左右兩個壁面上分別一體形成或固定一個閉合擋架，用於限定閥門板的運動，當兩塊閥門板運動到閉合擋架處，將閥門室分為兩個內外區域。進一步地，所述大齒輪直徑大於小齒輪，其比值保持在3:1以上，從而增大閥門的打開程度。本發明的有益效果是
I、本發明以SMA彈簧為核心部件，同時具備傳感和驅動兩種功能感知環境溫度並輸出驅動力。利用SMA直接進行感溫和驅動，調節並控制閥門室閥門板的旋轉來打開或閉合閥門，避免電學信號轉換。整個系統無需外部供電即可智能執行，清潔、環保、安全、無汙染。SMA材料相變導致的形狀變化明顯，蘊能大，可輸出足夠的力用來驅動部件開合，且其彈簧形狀繞制處理並不複雜，可根據實際需要方便製成不同相變溫度的元件來控制不同的溫度範圍。
2、本發明具有兩個工作腔室控制室和閥門室，中間的隔板用聚苯乙烯泡沫塑料或聚氨酯泡沫塑料等隔溫材料製成，確保兩腔室熱量不由隔板直接傳輸。其控制室、閥門室內室與被控區域的溫度一致。因此，SMA感測到的溫度為被控區域流體均勻穩定後的真實溫度。本發明可應用於常見氣體、液體等流體的溫度調控。結構簡單、有效，準確性、靈敏度、穩定性及可靠性俱佳，可替代其他溫控閥門，並推廣到其他領域。


結合附圖，有利於更好地了解前面的基本概述及後面將要說明的具體實施過程。附圖僅展示了本發明的示範例，實際發明並不嚴格局限於所示的精確布局、幾何形狀及實施手段。在所有附圖中，相同的標記用來表示指定附圖中的相同部件或成分。圖I為本發明整體結構的俯視 圖2為圖I的A-A剖視圖；
圖3為圖I的B-B剖視 圖中，箱殼I、閥門板2、閥門室3、隔板4、上端板5、控制室6、小齒輪7、閉合擋架8、傳動軸9、SMA彈簧10、連杆11、復位彈簧12、調節旋鈕13、螺栓14、大齒輪15。
具體實施例方式圖I為本發明整體結構的俯視圖，所示為閥門打開狀態，內外連通。圖2為圖I的A-A剖視圖，所示為閥門打開狀態下控制室的工作情況，SMA彈簧收縮緊繃，復位彈簧拉伸受力。圖3為圖I的B-B剖視圖，所示為閥門打開狀態下閥門室的工作情況，閥門板在SMA彈簧作用力下旋轉打開，內外連通，實現熱量交換。圖中所標「內」字樣與被控區域連通，所標「外」字樣與外部環境連通。如圖1-3所示，本發明調節控制溫度閥門，包括箱殼I、閥門板2、隔板4、上端板5、小齒輪7、閉合擋架8、傳動軸9、SMA彈簧10、連杆11、復位彈簧12、調節旋鈕13、大齒輪15。隔板4固定在箱殼I內，將箱殼I分隔成閥門室3和控制室6兩部分，控制室底部封閉，頂部開口且與閥門室內室連通。傳動軸9一端通過軸承固定在箱殼I的後壁上，另一端穿過隔板4與小齒輪7固定連接，兩塊閥門板2固定在傳動軸9上，小齒輪7與大齒輪15嚙合，大齒輪15與連杆11的一端通過螺栓14固定連接，連杆11另一端的上部連接SMA彈簧10, SMA彈簧10的另一端與固定在控制室6上部的上端板5相連,連杆11另一端的下部連接復位彈簧12，復位彈簧12的另一端穿過控制室6下壁後，與調節旋鈕13相連。閥門室3左右兩個壁面上分別一體形成或固定一個閉合擋架8，用於限定閥門板2的運動，當兩塊閥門板2運動到閉合擋架8處，將閥門室3分為內外兩個區域。如圖3所示，安裝時，兩塊閥門板2固定在傳動軸9上，當兩塊閥門板2運動到閉合擋架8處，將閥門室3分為內外兩個區域，閥門室3的一個區域(圖3中標記有「內」字樣)連通被控區域，另一個區域(圖2中標記有「外」字樣)連通外界環境。本發明中的形狀記憶合金(SMA)彈簧10可由鎳鈦合金、銅鎳合金、銅鋁合金、銅鋅合金或其他為該領域人員所熟知的記憶合金材料製成。SMA彈簧10具有單程記憶效應，其相變溫度可根據實際需要通過調節形狀記憶合金材料的合成成分實現。所謂單程記憶效應，指的是當元件溫度低於制定相變溫度時，呈現柔軟鬆弛狀態，但是當元件溫度高於相變溫度時，它能自動恢復其原有幾何形狀。在本發明中，該原有幾何形狀表現為SMA彈簧10收縮並伴隨力的輸出。整個閥門系統分為兩個工作腔室，即閥門室3和控制室6，由隔板4分隔。控制室6底部封閉，頂部開口且與閥門室3內室連通。本發明的控制室6、閥門室3內室與被調節控制區域的溫度一致。隔板4採用聚苯乙烯泡沫塑料或聚氨酯泡沫塑料等隔溫材料製成，確保兩腔室熱量不由隔板4直接傳輸。因此，SMA彈簧10感測到的溫度為被控區域流體均勻穩定後的實際溫度。閥門板2位於閥門室3中，成為該閥門的調節裝置，其通過傳動軸9與控制室中的齒輪7連成一體。小齒輪7與大齒輪15相互哨合,大齒輪15直徑大於小齒輪7。本發明並不限制其具體直徑比值，可按實際需要進行加工選取，但其比值應保持在3:1以上，從而可增大閥門的打開程度。本發明的工作過程如下當被控區域的溫度低於控制溫度時，SMA彈簧10處於柔 軟鬆弛狀態，此時閥門板2在復位彈簧12的拉力作用下與兩端閉合擋架8緊密卡合，閥門關閉，內外不進行熱量交換。當溫度上升到控制溫度時，SMA彈簧10形狀恢復到收縮狀態，同時伴隨力的輸出，通過連杆11、大齒輪15、小齒輪7、傳動軸9帶動閥門板2旋轉，閥門打開，內外進行熱量交換使室內溫度下降，如圖1-3所示。當溫度回落到控制溫度以下，SMA彈簧又回到柔軟狀態，此時在復位彈簧12的拉力作用下，閥門板2又回到關閉位置，如此隨溫度變化的智能往復，達到溫度調節控制的作用。復位彈簧12同時具備復位和調節的功能，其底部安裝有調節旋鈕13，旋轉旋鈕可調節復位彈簧的預拉伸度，進而調節其復位輸出能力及相應的SMA彈簧元件的控制力輸出能力，從而控制閥門板打開程度的大小，達到調節動作溫度及控制速率的目的。本發明並不限制箱殼的具體幾何形狀，其橫截面形狀可以為如圖1-3所示的長方形，也可以為圓形、橢圓形、正方形或多邊形等。
權利要求
1.一種調節控制溫度閥門，其特徵在於，它包括箱殼(I)、閥門板(2)、隔板(4)、上端板(5 )、小齒輪(7 )、閉合擋架(8 )、傳動軸(9 )、SMA彈簧(10 )、連杆(11)、復位彈簧(12 )、調節旋鈕(13)和大齒輪(15)等；其中，所述隔板(4)固定在箱殼(I)內，將箱殼(I)分隔成閥門室(3)和控制室(6)兩部分，控制室(6)底部封閉，頂部開口且與閥門室(3)內室連通；傳動軸(9) 一端通過軸承固定在箱殼(I)的後壁上，另一端穿過隔板(4)與小齒輪(7)固定連接，小齒輪(7)與大齒輪(15)嚙合，大齒輪(15)與連杆(11)的一端固定連接，連杆(11)另一端的上部連接SMA彈黃(10)，SMA彈黃(10)的另一端與固定在控制室(6)上部的上端板(5)相連，連杆(11)另一端的下部連接復位彈簧(12)，復位彈簧(12)的另一端穿過控制室(6)下壁後，與調節旋鈕(13)相連；兩塊閥門板(2)固定在傳動軸(9)上，閥門室(3)左右兩個壁面上各一體形成或固定一個閉合擋架(8)，用於限定閥門板(2)的運動，當兩塊閥門板(2)運動到閉合擋架(8)處，將閥門室(3)分為內外兩個區域。
2.根據權利要求I所述的溫度調節控制閥門，其特徵在於所述大齒輪(15)直徑大於小齒輪(7)，其比值保持在3:1以上，從而增大閥門的打開程度。
全文摘要
本發明公開了一種採用形狀記憶合金材料的溫度調控閥門，它由SMA彈簧、復位彈簧、連杆、齒輪、擋板等組成，SMA彈簧同時具有感溫和驅動兩種功能，當環境溫度低於被控溫度時，SMA彈簧呈舒張鬆弛狀態，此時閥門關閉。當溫度上升到被控溫度以上時，SMA彈簧緊縮，並輸出足夠的拉力，拉動連杆逆時針旋轉，使工作齒輪轉動並帶動隔板旋轉，閥門打開，達到流通降溫的目的，當溫度下降並回落到被控溫度以後，閥門擋板在復位彈簧作用下回到原位，閥門關閉，如此智能往復，可使腔體溫度控制在指定範圍之內。通過調節復位彈簧的初始拉力，可以調節被控溫度及控制速率；本發明結構簡單，靈敏度、可靠性、穩定性高，清潔環保，無需供電。
文檔編號F16K31/70GK102758960SQ201210268079
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月31日 優先權日2012年7月31日
發明者李華, 胡舜迪, 鄒鴻生 申請人:浙江大學