流體閥、閥芯致動器和閥芯致動方法
【專利摘要】流體閥、閥芯致動器和閥芯致動方法。本發(fā)明的閥芯致動器包括由具有主動層和被動層的雙金屬片制成的熱變形致動片。本發(fā)明利用雙金屬片的變形量與溫度存在很好對應(yīng)關(guān)系這一特性，將其制成閥芯致動器來控制與調(diào)節(jié)閥芯位置或閥門開度。通過控制電加熱器的電壓或電流而控制加熱溫度，可以改變雙金屬片的溫度，從而改變雙金屬片的變形量。閥芯與雙金屬片聯(lián)動，因而雙金屬片變形量就可以轉(zhuǎn)換為閥芯的位移量。因此，當(dāng)采用本發(fā)明的這種結(jié)構(gòu)時，通過控制電加熱器的輸入電壓或電流，即可精確控制閥芯位置。
【專利說明】流體閥、閥芯致動器和閥芯致動方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種流體閥，具體涉及流體閥的閥芯致動器和閥芯致動方法。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的流體閥通常通過機(jī)械致動器例如步進(jìn)電機(jī)等設(shè)備來致動閥芯。這種流體閥操控復(fù)雜且成本高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的之一是提供一種成本低廉、操控方便的閥芯致動器。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的用于致動流體閥的閥芯的致動器包括由具有主動層和被動層的雙金屬片制成的熱變形致動片。
[0005]本發(fā)明的致動器還可以包括設(shè)置在熱變形致動片附近的電加熱器。
[0006]本發(fā)明的致動器還可以包括用于復(fù)位閥芯的復(fù)位彈簧。
[0007]在本發(fā)明的致動器中，雙金屬片的主動層可以朝向閥芯。
[0008]本發(fā)明的另一目的是提供一種成本低廉、操控方便的流體閥，其包括閥芯和上述致動器。
[0009]本發(fā)明的又一目的是提供一種操控方便的致動流體閥中的閥芯的方法，包括:
[0010]提供由具有主動層和被動層的雙金屬片制成的熱變形致動片；以及
[0011]設(shè)置熱變形致動片相對于閥芯的位置，使得通過電加熱熱變形致動片使其發(fā)生變形時閥芯被相應(yīng)致動。
[0012]該方法還可以包括提供設(shè)置在熱變形致動片附近的電加熱器。
[0013]該方法還可以包括:提供用于復(fù)位閥芯的復(fù)位彈簧。
[0014]該方法還可以包括:提供控制器，用于控制電加熱器的電流大小，從而可以控制熱變形致動片的溫度、變形量以及閥芯的位移量或開度。
[0015]在一種具體實(shí)施方案中，本發(fā)明的流體閥可以是一種電子膨脹閥，其包括:
[0016]閥體，具有流體開口；
[0017]設(shè)置在閥體中并且在全開位置和全閉位置之間可移動的閥芯，處于全開位置時完全開放流體開口，處于全閉位置時完全阻塞流體開口 ；以及
[0018]致動器，用于致動閥芯以使閥芯定位在全開位置和全閉位置之間的任何所需位置，其中致動器為由具有主動層和被動層的雙金屬片制成的熱變形致動片。
[0019]在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中，致動器在正常溫度時閥芯處于全開位置，致動器在受熱狀態(tài)下將閥芯向全閉位置致動。
[0020]在本發(fā)明進(jìn)一步的具體實(shí)施例中，閥芯與閥桿相連，閥桿自由穿過閥體上的穿孔并且閥桿遠(yuǎn)端設(shè)有彈簧安置部，螺旋彈簧套設(shè)在閥桿上，螺旋彈簧的一端抵接閥體外側(cè)而另一端抵接彈簧安置部。
[0021]在本發(fā)明進(jìn)一步的具體實(shí)施例中，彈簧安置部為設(shè)置在閥桿遠(yuǎn)端的擋板，正常溫度下熱變形致動片平行于擋板設(shè)置在擋板外側(cè)，并且熱變形致動片的主動層緊鄰擋板。
[0022]在本發(fā)明進(jìn)一步的具體實(shí)施例中，電子膨脹閥還包括設(shè)置在熱變形致動片附近的電加熱器。電加熱器可以設(shè)置在熱變形致動片外側(cè)。
[0023]在本發(fā)明的一個替代性實(shí)施例中，致動器在正常溫度時閥芯處于全閉位置，致動器在受熱狀態(tài)下將閥芯向全開位置致動。
[0024]在另一種具體實(shí)施方案中，本發(fā)明的流體閥可以是一種四通換向閥，其包括:
[0025]閥體，具有設(shè)置在閥體一側(cè)的流體入口和設(shè)置在閥體另一相對側(cè)的三個并排流體出口 ；
[0026]可移動地設(shè)置在閥體中并且在同一位置用于覆蓋一個或兩個流體出口的閥芯，閥芯的一側(cè)通過復(fù)位彈簧與閥體相連，閥芯的另一相對側(cè)與閥桿相連；以及
[0027]設(shè)置在閥體中的與復(fù)位彈簧所在一端相對的另一端的致動器，用于推動閥桿連同閥芯朝著閥體的復(fù)位彈簧所在一端移動，其中致動器為由具有主動層和被動層的雙金屬片制成的開口環(huán)片，主動層位于開口環(huán)片的外側(cè)而被動層位于開口環(huán)片的內(nèi)側(cè)。
[0028]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，四通換向閥還可以包括一端與閥桿相連而另一相對端與閥體相連的菱形伸縮架，正常溫度下開口環(huán)片的外側(cè)剛好能夠接觸菱形伸縮架的最外凸出點(diǎn)。
[0029]在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中，開口環(huán)片的兩個開口端可以分別與兩個接線柱相連。該實(shí)施例可以省略額外的電加熱器。
[0030]在本發(fā)明的另一個具體實(shí)施例中，四通換向閥還可以包括圍繞致動器(或開口環(huán)片)設(shè)置的電加熱器。
[0031]在又一種具體實(shí)施方案中，本發(fā)明的流體閥可以是一種電動閥，其包括:
[0032]閥體，具有設(shè)置在閥體一側(cè)的第一流體開口和設(shè)置在閥體的另一相對側(cè)的第二流體開口 ；
[0033]設(shè)置在閥體中并且在第一初始位置和第二致動位置之間可移動的閥芯，處于第一初始位置時覆蓋第一流體開口，處于第二致動位置時覆蓋第二流體開口 ；以及
[0034]設(shè)置在閥體中的致動器，與閥芯相連并用于致動閥芯，其中致動器為由具有主動層和被動層的雙金屬片制成的熱變形致動片，致動器在受熱狀態(tài)下將閥芯致動至第二致動位置，致動器在正常溫度時閥芯處于第一初始位置。
[0035]在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中，熱變形致動片的兩端分別固定于閥體的上下內(nèi)表面，閥芯連接在熱變形致動片的兩端之間，并且熱變形致動片的主動層朝向第二流體開口。
[0036]在本發(fā)明的另一個具體實(shí)施例中，熱變形致動片的上端固定于閥體的上內(nèi)表面，閥芯固定連接在熱變形致動片的下端，電動閥還包括:偏置彈簧，設(shè)置在閥體中，一端接觸閥體，另一端接觸熱變形致動片的主動層以對熱變形致動片施加偏置彈簧力，以在正常溫度下將閥芯偏置向第一初始位置。這種情況下電動閥還可以包括設(shè)置在致動器附近的電加熱器。
[0037]本發(fā)明利用雙金屬片的變形量與溫度存在很好對應(yīng)關(guān)系這一特性，將其制成閥芯致動器來控制與調(diào)節(jié)閥芯位置或閥門開度。通過控制電加熱器的電壓或電流而控制加熱溫度，可以改變雙金屬片的溫度，從而改變雙金屬片的變形量。閥芯與雙金屬片聯(lián)動，因而雙金屬片變形量就可以轉(zhuǎn)換為閥芯的位移量。因此，當(dāng)采用本發(fā)明的這種結(jié)構(gòu)時，通過控制電加熱器的輸入電壓或電流，即可精確控制閥芯位置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的的電子膨脹閥的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖2為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的四通換向閥的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖3為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的四通換向閥的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖4為根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的四通換向閥的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖5為根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的電動閥的結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0043]圖6為根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的電動閥的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的流體閥的各種實(shí)施例。
[0045]圖1示出了電子膨脹閥形式的流體閥。圖示電子膨脹閥大體包括閥體1、閥芯2、閥桿3、致動器或(熱變形)致動片4、電加熱器6、接線柱5和螺旋彈簧7。
[0046]閥體I具有設(shè)置在閥體I左側(cè)的流體入口和設(shè)置在閥體I下側(cè)的流體出口。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，流體入口和流體出口的位置并不受圖示實(shí)施例的限制，它們可以設(shè)置在任何合適位置。例如，圖示下側(cè)流體出口也可以是流體入口而左側(cè)流體入口則可以為流體出口。
[0047]閥芯2設(shè)置在閥體I中并且在全開位置(圖示實(shí)線位置)和全閉位置(圖示虛線位置)之間可移動。閥芯2處于全開位置時完全開放流體開口，處于全閉位置時則完全阻塞流體開口。
[0048]致動器為由具有主動層和被動層的雙金屬片制成的熱變形致動片4，用于致動閥芯I以使閥芯I定位在全開位置和全閉位置之間的任何所需位置。
[0049]雙金屬片也稱熱雙金屬片，由于各組元層的熱膨脹系數(shù)不同，當(dāng)溫度變化例如升高時，主動層的形變要大于被動層的形變，從而雙金屬片的整體就會向被動層一側(cè)彎曲，則這種復(fù)合材料的曲率發(fā)生變化從而產(chǎn)生形變。其中，膨脹系數(shù)較高的稱為主動層；膨脹系數(shù)較低的稱為被動層。由于雙金屬片已為本領(lǐng)域所熟知，因此不再在此進(jìn)一步描述其具體結(jié)構(gòu)和功能了。
[0050]在圖示實(shí)施例中，致動片4在正常溫度時閥芯I處于全開位置，致動片4在受熱狀態(tài)下將閥芯I向全閉位置致動。
[0051]閥芯2與閥桿3相連，閥桿3自由穿過閥體I上(圖示為閥體I上偵彳)的穿孔并且閥桿3的遠(yuǎn)端設(shè)有擋板形式的彈簧安置部。螺旋彈簧7套設(shè)在閥桿3上，螺旋彈簧7的一端(圖示為下端)抵接閥體外側(cè)而另一端(圖示為上端)抵接彈簧安置部或擋板。
[0052]正常溫度下，致動片4平行于擋板設(shè)置在擋板外側(cè)，并且致動片4的主動層緊鄰擋板。
[0053]圖1中還示出了設(shè)置在致動片4附近例如其外側(cè)的電加熱器6。電加熱器6與兩個接線柱5相連以獲取電能。當(dāng)然，也可以省略電加熱器6而使致動片4的兩端直接與接線柱5相連。這時，雙金屬片或致動片4本身可以作為電加熱器而發(fā)熱變形。
[0054]下面再簡要描述本發(fā)明的電子膨脹閥的工作原理。
[0055]如圖1所示，接線柱5接通電源后，電加熱器6迅速發(fā)熱，并使致動片4溫度升高。致動片4的主動層向下鼓出，推動閥桿3和閥芯2下移，這時電子膨脹閥開度減小。斷開或減小電流后，電加熱器6發(fā)熱量減少，致動片4趨向于恢復(fù)平面形狀，螺旋彈簧7推動閥桿3向上復(fù)位，從而帶動閥芯2上移，這時電子膨脹閥開度增大。
[0056]利用上述結(jié)構(gòu)的電子膨脹閥，通過增大輸入電壓(或電流)，可以減小電子膨脹閥開度；減小輸入電壓，則可以增大電子膨脹閥開度。與控制步進(jìn)電機(jī)相比，控制電加熱器的輸入電壓則要簡單很多。
[0057]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，也可以通過設(shè)置螺旋彈簧7和致動片4相對于閥桿3的位置，而使得在正常溫度下或非電加熱狀態(tài)下使得閥芯2處于全閉位置，而在電加熱狀態(tài)下使得閥芯2趨向于移向全開位置。另外，雖然圖1所示實(shí)施例的閥芯2是沿上下方向可移動，但也可以將其設(shè)置成沿左右方向可移動。
[0058]本發(fā)明的電子膨脹閥利用雙金屬片的變形量與溫度存在很好對應(yīng)關(guān)系這一特性，將其制成閥芯致動器來控制與調(diào)節(jié)閥門開度。通過控制電加熱器的電壓或電流而控制加熱溫度，可以改變雙金屬片的溫度，從而改變雙金屬片的變形量。閥桿和閥芯與雙金屬片聯(lián)動，因而雙金屬片變形量就可以轉(zhuǎn)換為閥芯的位移量。因此，當(dāng)采用本發(fā)明的電子膨脹閥的這種結(jié)構(gòu)時，通過控制電加熱器的輸入電壓或電流，即可控制電子膨脹閥的開度。
[0059]圖2-4示出了四通換向閥形式的流體閥。如圖2-4所示，本發(fā)明的四通換向閥總體包括閥體1、閥芯2、閥桿3、致動器或開口環(huán)片4、接線柱5和復(fù)位彈簧7。
[0060]閥體I具有設(shè)置在閥體一側(cè)(圖示為上側(cè))的流體入口和設(shè)置在閥體另一相對側(cè)(圖示為下側(cè))的三個并排流體出口。
[0061]閥芯2可移動地設(shè)置在閥體I中，在同一位置可以同時覆蓋一個或兩個流體出口。閥芯2的一側(cè)(圖示為左側(cè))通過復(fù)位彈簧7 (圖示為螺旋彈簧)與閥體I相連，閥芯2的另一相對側(cè)(圖示為右側(cè))與閥桿3相連。閥桿3用于帶動閥芯2在閥體I中左右移動。
[0062]致動器設(shè)置在閥體I中，位于與復(fù)位彈簧7所在一端(圖示為左端)相對的另一端(圖示為右端)。致動器用于推動閥桿3連同閥芯2朝著閥體I的復(fù)位彈簧所在一端(圖示為左端)移動。致動器為由具有主動層和被動層的雙金屬片制成的開口環(huán)片4。主動層位于開口環(huán)片4的外側(cè)而被動層位于開口環(huán)片4的內(nèi)側(cè)。
[0063]圖2中還示出了圍繞致動器或開口環(huán)片4設(shè)置的電加熱器6。
[0064]圖3中，開口環(huán)片4的兩個開口端分別與兩個接線柱5相連。這種情況下就可以省略圖1中設(shè)置的電加熱器6 了。
[0065]圖4中，還示出了菱形伸縮架8，其一端(圖示為左端)與閥桿3相連而另一相對端(圖示為右端)與閥體I相連。正常溫度下開口環(huán)片4的外側(cè)剛好能夠接觸菱形伸縮架8的最外凸出點(diǎn)。在該實(shí)施例中，也可以省略閥桿3，而使菱形伸縮架8的左端直接與閥芯2相連。
[0066]下面再簡要描述本發(fā)明的四通換向閥的工作原理。
[0067]接線柱5通電后，圖2中電加熱器6發(fā)熱，或者圖3或圖4中開口環(huán)片4利用自身電阻發(fā)熱。圖2和圖3中，開口環(huán)片4溫度升高后，雙金屬片的外側(cè)主動層熱彎曲變形大，向外變形而向左推動閥桿3和閥芯2，從而實(shí)現(xiàn)了管路流向切換。圖4中，開口環(huán)片4溫度升高后，雙金屬片的外側(cè)主動層熱彎曲變形大，向外變形而先向下推壓菱形伸縮架8的最夕卜(圖示為最上)凸出點(diǎn)，菱形伸縮架8繼而向左推動閥桿3和閥芯2，從而實(shí)現(xiàn)了管路流向切換。
[0068]接線柱5斷電后，形成開口環(huán)片4的雙金屬片溫度降低，形狀收縮，恢復(fù)到常溫下的平整狀態(tài)。閥芯2在復(fù)位彈簧7的推動下復(fù)位，管路流向恢復(fù)到初始狀態(tài)。
[0069]本發(fā)明的四通換向閥，利用由雙金屬片制成的致動器的熱變形特性，通過改變雙金屬片的溫度，使其彎曲并致動閥芯，從而實(shí)現(xiàn)流向切換；溫度降低后，雙金屬片收縮，閥芯在復(fù)位彈簧的推動下復(fù)位。這樣一熱一冷，完全實(shí)現(xiàn)了四通換向的目的。
[0070]圖5-6示出了一種電動閥形式的流體閥。如圖5和6所示，本發(fā)明的電動閥總體包括閥體1、閥芯2、致動器或致動片4。
[0071]閥體I具有設(shè)置在閥體I 一側(cè)(圖示為左側(cè))的第一流體開口和設(shè)置在閥體I的另一相對側(cè)(圖示為右側(cè))的第二流體開口。
[0072]閥芯2設(shè)置在閥體I中并且在第一初始位置(圖中左側(cè)黑色實(shí)心位置)和第二致動位置(圖中右側(cè)虛線位置)之間可移動。閥芯2處于第一初始位置時覆蓋第一流體開口，處于第二致動位置時覆蓋第二流體開口。
[0073]致動器設(shè)置在閥體I中，與閥芯2相連并用于致動閥芯2。致動器為由具有主動層和被動層的雙金屬片制成的熱變形致動片4。致動器在受熱狀態(tài)下將閥芯2致動至第二致動位置，致動器在正常溫度時閥芯2處于第一初始位置。
[0074]在圖5所示實(shí)施例中，熱變形致動片4的上下兩端分別固定于閥體I的上下內(nèi)表面。閥芯2連接在熱變形致動片4的兩端之間。熱變形致動片4的主動層則朝向第二流體開口。在該實(shí)施例中，還可以在熱變形致動片4附近設(shè)置電加熱器6。電加熱器6與接線柱5相連。當(dāng)然，也可以省略電加熱器6而使熱變形致動片4的兩端直接與接線柱5相連。這時，雙金屬片或熱變形致動片4本身可以作為電加熱器而發(fā)熱變形。
[0075]在圖6所示另一實(shí)施例中，熱變形致動片4的上端固定于閥體I的上內(nèi)表面。閥芯2固定連接在熱變形致動片4的下端。在該實(shí)施例中還示出了設(shè)置在閥體I中的偏置彈簧7。偏置彈簧7 —端接觸閥體1，另一端接觸熱變形致動片4的主動層以對熱變形致動片4施加偏置彈簧力，以在正常溫度下將閥芯2偏置向第一初始位置。圖6同樣示出了設(shè)置在熱變形致動片4附近的電加熱器6以及與電加熱器6相連的接線柱5。
[0076]下面再簡要描述本發(fā)明的電動閥的工作原理。
[0077]如圖6所示，接線柱5通電后，電加熱器6發(fā)熱，熱變形致動片4溫度上升，彎曲變形，帶動閥芯2向右移動，左側(cè)第一流體開口(閥口)打開，右側(cè)第二流體開口關(guān)閉。斷電后，熱變形致動片4溫度下降，恢復(fù)常溫下的狀態(tài)，閥芯2在偏置彈簧7的推動下向左復(fù)位，右側(cè)第二流體開口打開，左側(cè)第一流體開口關(guān)閉。
[0078]雙金屬片或熱變形致動片4變形時本身力度很大，當(dāng)閥門壓差不大時，可以不設(shè)偏置彈簧(圖5所示實(shí)施例)。
[0079]本發(fā)明的電動閥可以是三通閥，也可以是兩通閥。本發(fā)明利用雙金屬片受熱變形的特性，通過改變雙金屬片溫度，使其變形，從而帶動閥芯實(shí)現(xiàn)閥門的開關(guān)動作。斷電降溫后，雙金屬片恢復(fù)常溫狀態(tài)，閥芯復(fù)位。本發(fā)明的電動閥結(jié)構(gòu)簡單，可用作大型閥門(比如四通換向閥)的引導(dǎo)閥，代替電磁閥，從而大大降低成本。
[0080]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，上述圖示內(nèi)容和實(shí)施例僅用來解釋本發(fā)明而非用來對其作出任何限制。例如，本發(fā)明的流體閥并不局限于上述幾種具體形式的閥，可以是任何種類的包括閥芯和閥芯致動器的流體閥。另外，本發(fā)明的流體閥還可以另外設(shè)置控制器，用于控制電加熱器的電流大小，從而可以精確控制熱變形致動片的溫度、變形量以及閥芯的位移量或開度。
【權(quán)利要求】
1.一種用于致動流體閥的閥芯的致動器，包括由具有主動層和被動層的雙金屬片制成的熱變形致動片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動器，還包括設(shè)置在熱變形致動片附近的電加熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動器，還包括用于復(fù)位閥芯的復(fù)位彈簧。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動器，其中雙金屬片的主動層朝向閥芯。
5.一種流體閥，包括閥芯和權(quán)利要求1-4之一所述的致動器。
6.一種致動流體閥中的閥芯的方法，包括: 提供由具有主動層和被動層的雙金屬片制成的熱變形致動片；以及設(shè)置熱變形致動片相對于閥芯的位置，使得通過電加熱熱變形致動片使其發(fā)生變形時閥芯被相應(yīng)致動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，還包括:提供設(shè)置在熱變形致動片附近的電加熱器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，還包括:提供用于復(fù)位閥芯的復(fù)位彈簧。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包括:提供控制器，用于控制電加熱器的電流大小。
【文檔編號】F16K31/66GK104373671SQ201410069583
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月27日
【發(fā)明者】韓潤虎 申請人:韓潤虎