專利名稱：采用形狀記憶合金材料的溫度調(diào)控閥門的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種調(diào)節(jié)控制腔室溫度的閥門，尤其涉及一種具有智能開合功能，可適用于一般流體腔室的溫度調(diào)控的閥門。
背景技術(shù)：
目前，公知的許多供熱通風(fēng)、控制溫度以及流量調(diào)控的開關(guān)閥門均需要人工或電動開合，消耗人力及電力。已有的節(jié)能型形狀記憶合金自動 調(diào)節(jié)閥也無法調(diào)控閥門打開的大小程度，對于溫度的調(diào)控速度與調(diào)控強度存在一定的局限性。一般地，許多應(yīng)用設(shè)計都將形狀記憶合金直接設(shè)置在閥門口附近。對于較大范圍的被控區(qū)域而言，正確感知被控區(qū)域溫度的高低對閥門的正常工作起到了關(guān)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(xiàn)因閥門口區(qū)域已達到指定溫度而使閥門關(guān)閉，但事實上被控區(qū)域溫度還遠沒有下降到指定目標(biāo)的狀況。為解決這一問題，有必要研制一種可準確且智能調(diào)控的節(jié)能型閥門。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用形狀記憶合金材料的溫度調(diào)控閥門。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單緊湊，靈敏度、可靠性、穩(wěn)定性高，清潔環(huán)保，無需供電。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種調(diào)節(jié)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、連桿、復(fù)位彈簧、調(diào)節(jié)旋鈕和大齒輪等；其中，所述隔板固定在箱殼內(nèi)，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(nèi)室連通；傳動軸一端通過軸承固定在箱殼的后壁上，另一端穿過隔板與小齒輪固定連接，小齒輪與大齒輪嚙合，大齒輪與連桿的一端固定連接，連桿另一端的上部連接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，連桿另一端的下部連接復(fù)位彈簧，復(fù)位彈簧的另一端穿過控制室下壁后，與調(diào)節(jié)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，用于限定閥門板的運動，當(dāng)兩塊閥門板運動到閉合擋架處，將閥門室分為兩個內(nèi)外區(qū)域。進一步地，所述大齒輪直徑大于小齒輪，其比值保持在3:1以上，從而增大閥門的打開程度。本發(fā)明的有益效果是
I、本發(fā)明以SMA彈簧為核心部件，同時具備傳感和驅(qū)動兩種功能感知環(huán)境溫度并輸出驅(qū)動力。利用SMA直接進行感溫和驅(qū)動，調(diào)節(jié)并控制閥門室閥門板的旋轉(zhuǎn)來打開或閉合閥門，避免電學(xué)信號轉(zhuǎn)換。整個系統(tǒng)無需外部供電即可智能執(zhí)行，清潔、環(huán)保、安全、無污染。SMA材料相變導(dǎo)致的形狀變化明顯，蘊能大，可輸出足夠的力用來驅(qū)動部件開合，且其彈簧形狀繞制處理并不復(fù)雜，可根據(jù)實際需要方便制成不同相變溫度的元件來控制不同的溫度范圍。
2、本發(fā)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制成，確保兩腔室熱量不由隔板直接傳輸。其控制室、閥門室內(nèi)室與被控區(qū)域的溫度一致。因此，SMA感測到的溫度為被控區(qū)域流體均勻穩(wěn)定后的真實溫度。本發(fā)明可應(yīng)用于常見氣體、液體等流體的溫度調(diào)控。結(jié)構(gòu)簡單、有效，準確性、靈敏度、穩(wěn)定性及可靠性俱佳，可替代其他溫控閥門，并推廣到其他領(lǐng)域。


結(jié)合附圖，有利于更好地了解前面的基本概述及后面將要說明的具體實施過程。附圖僅展示了本發(fā)明的示范例，實際發(fā)明并不嚴格局限于所示的精確布局、幾何形狀及實施手段。在所有附圖中，相同的標(biāo)記用來表示指定附圖中的相同部件或成分。圖I為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)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、連桿11、復(fù)位彈簧12、調(diào)節(jié)旋鈕13、螺栓14、大齒輪15。
具體實施例方式圖I為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)的俯視圖，所示為閥門打開狀態(tài)，內(nèi)外連通。圖2為圖I的A-A剖視圖，所示為閥門打開狀態(tài)下控制室的工作情況，SMA彈簧收縮緊繃，復(fù)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(tài)下閥門室的工作情況，閥門板在SMA彈簧作用力下旋轉(zhuǎn)打開，內(nèi)外連通，實現(xiàn)熱量交換。圖中所標(biāo)“內(nèi)”字樣與被控區(qū)域連通，所標(biāo)“外”字樣與外部環(huán)境連通。如圖1-3所示，本發(fā)明調(diào)節(jié)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、連桿11、復(fù)位彈簧12、調(diào)節(jié)旋鈕13、大齒輪15。隔板4固定在箱殼I內(nèi)，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(nèi)室連通。傳動軸9一端通過軸承固定在箱殼I的后壁上，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與連桿11的一端通過螺栓14固定連接，連桿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,連桿11另一端的下部連接復(fù)位彈簧12，復(fù)位彈簧12的另一端穿過控制室6下壁后，與調(diào)節(jié)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，用于限定閥門板2的運動，當(dāng)兩塊閥門板2運動到閉合擋架8處，將閥門室3分為內(nèi)外兩個區(qū)域。如圖3所示，安裝時，兩塊閥門板2固定在傳動軸9上，當(dāng)兩塊閥門板2運動到閉合擋架8處，將閥門室3分為內(nèi)外兩個區(qū)域，閥門室3的一個區(qū)域(圖3中標(biāo)記有“內(nèi)”字樣)連通被控區(qū)域，另一個區(qū)域(圖2中標(biāo)記有“外”字樣)連通外界環(huán)境。本發(fā)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(lǐng)域人員所熟知的記憶合金材料制成。SMA彈簧10具有單程記憶效應(yīng)，其相變溫度可根據(jù)實際需要通過調(diào)節(jié)形狀記憶合金材料的合成成分實現(xiàn)。所謂單程記憶效應(yīng)，指的是當(dāng)元件溫度低于制定相變溫度時，呈現(xiàn)柔軟松弛狀態(tài)，但是當(dāng)元件溫度高于相變溫度時，它能自動恢復(fù)其原有幾何形狀。在本發(fā)明中，該原有幾何形狀表現(xiàn)為SMA彈簧10收縮并伴隨力的輸出。整個閥門系統(tǒng)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(nèi)室連通。本發(fā)明的控制室6、閥門室3內(nèi)室與被調(diào)節(jié)控制區(qū)域的溫度一致。隔板4采用聚苯乙烯泡沫塑料或聚氨酯泡沫塑料等隔溫材料制成，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(qū)域流體均勻穩(wěn)定后的實際溫度。閥門板2位于閥門室3中，成為該閥門的調(diào)節(jié)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直徑大于小齒輪7。本發(fā)明并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(yīng)保持在3:1以上，從而可增大閥門的打開程度。本發(fā)明的工作過程如下當(dāng)被控區(qū)域的溫度低于控制溫度時，SMA彈簧10處于柔 軟松弛狀態(tài)，此時閥門板2在復(fù)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(guān)閉，內(nèi)外不進行熱量交換。當(dāng)溫度上升到控制溫度時，SMA彈簧10形狀恢復(fù)到收縮狀態(tài)，同時伴隨力的輸出，通過連桿11、大齒輪15、小齒輪7、傳動軸9帶動閥門板2旋轉(zhuǎn)，閥門打開，內(nèi)外進行熱量交換使室內(nèi)溫度下降，如圖1-3所示。當(dāng)溫度回落到控制溫度以下，SMA彈簧又回到柔軟狀態(tài)，此時在復(fù)位彈簧12的拉力作用下，閥門板2又回到關(guān)閉位置，如此隨溫度變化的智能往復(fù)，達到溫度調(diào)節(jié)控制的作用。復(fù)位彈簧12同時具備復(fù)位和調(diào)節(jié)的功能，其底部安裝有調(diào)節(jié)旋鈕13，旋轉(zhuǎn)旋鈕可調(diào)節(jié)復(fù)位彈簧的預(yù)拉伸度，進而調(diào)節(jié)其復(fù)位輸出能力及相應(yīng)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(diào)節(jié)動作溫度及控制速率的目的。本發(fā)明并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(quán)利要求
1.一種調(diào)節(jié)控制溫度閥門，其特征在于，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 )、連桿(11)、復(fù)位彈簧(12 )、調(diào)節(jié)旋鈕(13)和大齒輪(15)等；其中，所述隔板(4)固定在箱殼(I)內(nèi)，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(nèi)室連通；傳動軸(9) 一端通過軸承固定在箱殼(I)的后壁上，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)與連桿(11)的一端固定連接，連桿(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，連桿(11)另一端的下部連接復(fù)位彈簧(12)，復(fù)位彈簧(12)的另一端穿過控制室(6)下壁后，與調(diào)節(jié)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)，用于限定閥門板(2)的運動，當(dāng)兩塊閥門板(2)運動到閉合擋架(8)處，將閥門室(3)分為內(nèi)外兩個區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫度調(diào)節(jié)控制閥門，其特征在于所述大齒輪(15)直徑大于小齒輪(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(fā)明公開了一種采用形狀記憶合金材料的溫度調(diào)控閥門，它由SMA彈簧、復(fù)位彈簧、連桿、齒輪、擋板等組成，SMA彈簧同時具有感溫和驅(qū)動兩種功能，當(dāng)環(huán)境溫度低于被控溫度時，SMA彈簧呈舒張松弛狀態(tài)，此時閥門關(guān)閉。當(dāng)溫度上升到被控溫度以上時，SMA彈簧緊縮，并輸出足夠的拉力，拉動連桿逆時針旋轉(zhuǎn)，使工作齒輪轉(zhuǎn)動并帶動隔板旋轉(zhuǎn)，閥門打開，達到流通降溫的目的，當(dāng)溫度下降并回落到被控溫度以后，閥門擋板在復(fù)位彈簧作用下回到原位，閥門關(guān)閉，如此智能往復(fù)，可使腔體溫度控制在指定范圍之內(nèi)。通過調(diào)節(jié)復(fù)位彈簧的初始拉力，可以調(diào)節(jié)被控溫度及控制速率；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度、可靠性、穩(wěn)定性高，清潔環(huán)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(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者李華, 胡舜迪, 鄒鴻生 申請人:浙江大學(xué)