形状记忆合金促动的阀组件的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种阀组件（100）。阀组件（100）包括外壳（102），外壳（102）包括多个流体联接件(103,104a-104d)。该阀组件（100）还包括两个或更多个阀构件(107a-107d)，阀构件可在外壳（102）内在第一位置与第二位置之间移动。形状记忆合金元件（108）联接到两个或更多个阀构件(107a-107d)以在加热形状记忆合金元件（108）的选定部分高于转变温度时在第一位置与第二位置之间独立地促动两个或更多个阀构件(107a-107d)中的每一个。
【专利说明】形状记忆合金促动的阀组件
【技术领域】
[0001]下文所描述的实施例涉及阀，并且更特定而言涉及阀组件，其具有能够独立地对阀组件的两个或更多个阀进行促动的一种形状记忆合金元件。
【背景技术】
[0002]流体处置装置变得越来越流行并且存在对于流体处置装置的有所增加的需求。一种类型的流体处置装置为电促动阀。电促动阀用于多种情形以控制各种类型的流体。常常，在需要相对快速的响应时间的情况下或者不能实施或者不需要流体促动的阀的情况下，实施了电促动阀。为了使电促动阀高效，其应消耗最小的电力，以低噪音操作，并且制造起来具有成本效益。在许多应用中，电促动阀提供准确并且一致的流体分配也是重要的。
[0003]试图满足上面的标准的一种类型的电促动阀为电磁阀。但电磁阀通常大小受到限制并且为了获得充分的性能，电磁阀通常消耗大量电力。电磁阀的电力消耗在某些情况下是不可接受的。而且，在某些应用中，可希望保持所述阀在具体打开或中点位置。如果这个位置需要持续地促动所述螺线管，阀将可能消耗大量电力，由此增加了与操作所述阀相关联的成本。此外，电磁阀常常是昂贵的、较大的并且在它们被促动时有时形成可能不合需要的可听到的点击噪音。而且，由电磁阀生成的电磁场可在某些环境中带来问题。
[0004]另一解决方案是使用形状记忆合金，当加热时，形状记忆合金的形状和/或大小改变。形状记忆合金促动的阀提供优于先前提到的现有技术解决方案的优点，因为与电磁促动阀相比，它们通常被制造成更小并且通常消耗更少的电力。尽管形状记忆合金促动的阀提供对于单个阀系统而言妥善/胜任的解决方案，现有技术的方法在合并到包括两个或更多个阀的阀组件内时需要很大量的零件。这是因为在过去，阀组件的每个单独/个别的阀需要其自己的形状记忆合金元件来促动阀。这种配置导致很大量的零件和难以自动化的复杂的组装过程。
[0005]因此，在本领域中需要一种形状记忆合金促动的阀系统，其具有减少的零件量，可以更廉价并且更高效地制造。下文所描述的实施例克服了这些和其它问题并且实现了技术的进步。
【发明内容】
[0006]根据一实施例，提供一种阀组件。阀组件包括外壳，外壳其包括多个流体联接件。根据一实施例，阀组件还包括两个或更多个阀构件，阀构件可在外壳内在第一位置与第二位置之间移动。根据一实施例，阀组件还包括形状记忆合金元件，其联接到两个或更多个阀构件以在加热所述形状记忆合金元件的选定部分高于转变温度时在第一位置与第二位置之间独立地促动两个或更多个阀构件中的每一个。
[0007]根据一实施例，提供一种用于独立地促动阀组件的阀的方法。阀组件包括形状记忆合金元件，形状记忆合金元件联接到可在外壳内在第一位置与第二位置之间移动的两个或更多个构件。根据一实施例，该方法包括以下步骤:加热靠近于待促动的两个或更多个阀构件的一阀构件的形状记忆合金元件的一部分高于其转变温度，而形状记忆合金元件的其余部分保持低于转变温度。
[0008]方面
根据一方面，一种阀组件包括:
外壳，其包括多个流体联接件；
两个或更多个阀构件，其可在外壳内在第一位置与第二位置之间移动；以及形状记忆合金元件，其联接到两个或更多个阀构件以在加热所述形状记忆合金元件的选定部分高于转变温度时在第一位置与第二位置之间独立地促动两个或更多个阀构件中的每一个。
[0009]优选地，阀组件还包括与形状记忆合金元件接触的两个或更多个电触点。
[0010]优选地，两个或更多个阀构件中的每一个在两个电触点之间联接到形状记忆合金。
[0011 ] 优选地，两个或更多个电触点被通电以热电地加热在两个电触点之间的形状记忆合金的一部分高于其转变温度来独立地促动在两个电触点之间的阀构件朝向第二位置。
[0012]优选地，阀组件还包括联接到阀构件中的每一个上的密封膜片。
[0013]优选地，阀组件还包括一种偏压构件，其联接到阀构件中的每一个以使阀构件朝
向第一位置偏压。
[0014]根据另一方面，一种用于独立地促动阀组件的阀的方法，阀组件包括形状记忆合金元件，形状记忆合金元件联接到两个或更多个阀构件，两个或更多个阀构件可在外壳内在第一位置与第二位置之间移动，包括以下步骤:
加热靠近于待促动的两个或更多个阀构件的一种阀构件的形状记忆合金元件的一部分高于其转变温度，而形状记忆合金的其余部分保持低于转变温度。
[0015]优选地，加热包括通过在与形状记忆合金元件接触的两个电触点之间施加差分电压而热电地加热所述形状记忆合金元件的部分。
[0016]优选地，两个或更多个阀构件中的每个阀构件联接到在两个电触点之间的形状记忆合金元件，从而使得施加在两个电触点之间的差分电压独立地促动两个或更多个阀构件中的一种阀构件。
[0017]优选地，密封膜片联接到阀构件中的每一个。
[0018]优选地，该方法还包括以下步骤:使阀构件中的每一个朝向第一位置偏压，并且其中加热所述形状记忆合金元件的部分高于其转变温度的步骤克服了偏压力来促动选定阀构件朝向第二位置。
[0019]优选地，偏压步骤包括将偏压构件联接到阀构件中的每一个。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1示出了根据一实施例的阀系统的分解图。
[0021]图2示出了根据一实施例的阀系统的截面图。
【具体实施方式】
[0022]图1至图2和下文的描述描绘了具体示例以教导本领域技术人员如何来做出和使用阀系统的实施例的最佳方式。出于教导本发明的原理的目的，已经简化或省略了某些常规方面。本领域技术人员将意识到属于本描述的范围内的这些示例的变化。本领域技术人员将意识到下文所述的特征可以各种方式组合以形成阀系统的多种变型。因此，下文所描述的实施例并不限于下文所描述的具体示例，而是仅受到权利要求和它们的等效物限制。
[0023]图1示出了根据一实施例的阀组件100的分解图。图1中所示的阀组件100包括四个阀腔室IOla至101d，其对应于联结在一起以形成阀组件100的个别阀201a至201d(参看图2)。虽然阀组件100包括四个阀201a至201d，应意识到阀组件100可包括两个或更多个阀并且特定数量的阀将基于预期的应用而不同。个别阀的各个部件后面被加以“a、b、c或d”，以指示该部件与哪个阀相关联。根据图示的实施例，阀组件100包括外壳102。在图示的实施例中，外壳102被分离成三个单独件102A至102C，这三个单独件102A至102C联接在一起以形成组装的阀外壳102。在图示实施例中，使用多个机械紧固件5来联接第一外壳部分102A和第二外壳部分102B。同样，第二外壳部分102B和第三外壳部分102C使用多个机械紧固件6而被联接。但是，应意识到外壳部分102A至102C根据其它已知的方法联接，诸如钎焊、焊接、结合、粘合剂等。因此，用于联接所述外壳部分102A至102C的特定方法绝不应以任何方式限制本实施例的范围。另外，虽然外壳102被示出包括三个外壳部分102A至102C，应意识到外壳102可包括任何数量的部分。
[0024]如图所示，外壳102可接纳一种入口流体联接件103和多个出口流体联接件104a至104d。出口流体联接件104a至104d对应于多个阀201a至201d中的每一个。可以意识至IJ，流体联接件103、104a至104d中的每一个可提供流体端口用来供应和/或排出加压流体。虽然仅示出了单个入口流体联接件103，应意识到在替代实施例中，可设置多于一个入口流体联接件。而且，可设置任何数量的出口流体联接件104a至104d。尽管流体联接件103和104a至104d被示出螺纹地接合外壳102，流体联接件103和104a至104d可根据其它已知的方法，诸如钎焊、结合、粘合剂等联接到外壳102。因此，用于将流体联接件103和104a至104d联接到外壳102的特定方法绝不应以任何方式限制本实施例的范围。流体联接件103和104a至104d还可联接到流体递送系统，诸如软管或管路(未图示)。例如，入口流体联接件103可从加压流体源(未图示)接收加压流体并且出口流体联接件104a至104d可与一个或多个部件成流体连通，这一个或多个部件基于被促动的特定阀而被选择性地提供加压流体。另外，虽然流体联接件103、104a至104d被示出从外壳102延伸，在其它实施例中，联接件可被接纳于外壳102内以提供联接件的凹型部分。
[0025]阀组件100还包括多个密封膜片105a至105d。根据一实施例，密封模块105a至105d可位于第一外壳部分102A与第二外壳部分102B之间。密封膜片105a至105d中每一个可包括阀密封孔口 106a至106d，阀密封孔口 106a至106d可与相对应的阀构件107a至107d形成基本上不透流体的密封。密封模块105a至105d因此可防止流体到达第二外壳部分102B。密封膜片105a至105d可与相对应阀座207a至207d形成基本上不透流体的密封(参看图2)。
[0026]根据一实施例，阀组件100还包括形状记忆合金(SMA)元件108。可以看出，阀组件100可包括单个SMA元件108，单个SMA元件108能够独立地促动多个阀201a至201d中的每一个。这不同于每个阀需要单独的SMA元件的现有技术系统或替代地具有能仅一致地促动全部相关联的阀的单个SMA元件的现有技术系统。但应意识到，虽然图示的实施例包括单个SM元件108来促动全部四个阀201a至201d，在其它实施例中，SM元件可被设置为仅促动两个阀。例如，第一 SMA元件可被设置为用以促动第一阀201a和第二阀201b，而第二 SMA元件可被设置为用以促动第三阀201c和第四阀201d。在任一实施例中，SMA元件能够独立地促动多于一个阀。换言之，使用单个SMA元件108可促动单个阀或多个选定阀，而其它未选定的阀保持未被促动。如图所示，SMA元件108包括线,但SMA元件108并非必须包括线并且可使用其它配置。
[0027]SMA元件108被示出联接到阀构件107a至107d中的每一个。SMA元件108可根据多种方法，诸如机械紧固件、摩擦配合、粘合剂、钎焊等而联接到阀构件107a至107d。用于将SMA元件108联接到阀构件107a至107d的特定方法绝不应以任何方式限制本实施例。
[0028]虽然阀构件107a至107d被示出为包括阀柱塞，应意识到阀构件107a至107d可包括多种不同形式，诸如提动阀芯构件、阀芯(spool)、膜片等。因此，阀构件107a至107d不应限于柱塞设计。阀构件107a至107d可在外壳102内在第一位置与第二位置之间移动，如在下文中更详细地解释。
[0029]根据一实施例，阀组件100还包括多个电触点109a至109e。电触点109a至109e可联接到外壳102。例如，电触点109a至109e可由形成于第二外壳部分102B中的相对应的孔口 120a至120e所接纳。每个电触点包括一种接合着电触点的相对应的固持器109a’_109e’以便将SMA元件108固持在电触点109a至109e上以及将电触点109a至109e固持在孔口120a至120e中。固持器109a’_109e’可以例如以扣合的方式接合着电触点109a至109e。电触点109a至109e还可联接到印刷电路板(PCB) 110或类似物。根据一实施例，电触点109a至109e可经由导电弹簧113a至113e而被联接。但是，设想到用于连接所述电触点109a至109e的其它方法。PCB 110可向电触点109a至109e提供电能。应意识到可使用其它方法来使电触点109a至109e通电并且因此，本实施例不应限于需要PCB 110。PCB 110还可联接到外壳102。在图示的实施例中，PCB 110联接到第二外壳部分102B ;但是，PCB110可联接到外壳部分中的任一个。在图示的实施例中，使用机械紧固件7将PCB 110联接到第二外壳部分102B。但应意识到PCB 110可使用其它已知的手段来联接。在电触点109a至109e联接到PCB 110上的情况下，电触点109a至109e因而可提供用于SMA元件108的电气和机械联接。PCB 110可包括电插头112，电插头112可接收电信号以及电力来操作所述阀组件100。电插头112可连接到用户接口(未图示)，例如其提供适当的促动信号来促动阀201a至201d中的一个或多个。
[0030]在图1中还示出了多个偏压构件Illa至llld。偏压构件Illa至Illd可使阀构件107a至107d朝向第一位置偏压。在一实施例中，第一位置可包括闭合位置。在另一实施例中，第一位置可包括阀打开位置。因此，阀可包括常开阀或常闭阀。根据一实施例，偏压构件Illa至Illd可在与SMA元件108作用于阀构件107a至107d上的方向相反的方向上偏压所述阀构件107a至107d。例如，如果SMA元件108在第二方向上促动阀构件107a至107d以打开阀201a至201d，偏压构件Illa至Illd可使阀构件107a至107d在第一方向偏压来闭合所述阀201a至201d。
[0031]图2示出了根据一实施例沿着图1中的线2-2所截取的阀组件100的截面图。如图2所示，第一外壳部分102A包括流体通路203。流体通路203可包括入口流体通路，入口流体通路例如从入口流体联接件103接收加压流体。根据一实施例,流体通路203可与多个阀构件107a至107d中的每一个成流体连通。可以意识到，阀构件107a至107d选择性地打开在流体通路203与相应阀腔室IOla至IOld之间的流体连通路径。每个阀腔室IOla至IOld通往相对应的出口流体联接件104a至104d。在闭合位置，即图示位置，联接到阀构件107a至107d的密封膜片105a至105d与相对应的阀座207a至207d形成基本上不透流体的密封以防止在流体通路203与阀腔室IOla至IOld之间的流体连通。例如，阀座207a至207d可形成于第一外壳部分102A中。替代地，阀座207a至207d可包括可联接到第一外壳部分102A的单独的部件。例如第一外壳部分102A可包括硬塑料并且其可希望具有由部分地可变形的材料诸如橡胶而形成的阀座。因此，具有与第一外壳部分102A不同的物理特征的阀座可联接到第一外壳部分102A以便提供合适的阀座。根据图示的实施例，偏压构件Illa至Illd可使相对应的阀构件107a至107d朝向阀座207a至207d偏压以形成基本上不透流体的密封。
[0032]在使用中，阀201a至201d中的一个或多个可被选择性地促动以打开在入口流体联接件103与相对应的出口流体联接件104a至104d之间的流体连通路径。根据一实施例，可使用SMA元件108来选择性地促动所述阀201a至201d以将阀构件107a至107d中的一个或多个从第一位置移动到第二位置。如图所示和上文所描述，SMA元件108与多个电触点109a至109e接触。SMA元件108可简单地搁置于电触点109a至109e上，或者可围绕电触点109a至109e缠绕或者以其它方式联接到电触点109a至109e以防止SMA元件108相对于电触点109a至109e移动。例如，如果担心SMA元件108在促动所述阀201a至201d期间可能相对于电触点109a至109e移动，则可使用机械紧固件、导电膏等将SMA元件108联接到电触点109a至109e。例如，在图示实施例中，SMA元件108联接到电触点109a至109e中的每一个。
[0033]如在图2中更详细地示出，SMA元件108在相邻的电触点109a至109e之间联接到阀构件107a至107d。换言之，SMA元件108与阀构件107a至107d的每一侧上的电触点109a至109e相接触。例如，SMA元件108与阀构件107a的第一侧上的第一电触点109a接触并且与在阀构件107a的第二侧上的第二电触点109b接触。同样，SMA元件108与在阀构件107b第一侧上的第二电触点109b接触，并且与阀构件107b第二侧上的第三电触点109c接触。因此，除了端部阀IOla和IOld之外，在图示实施例中，每个阀构件与相邻阀构件共用电触点。应意识到在其它实施例中，每个阀构件107a至107d可具有其自有的两个电触点。但是，使用共用的电触点可减少用以制造阀组件100所需的部件的数量。
[0034]根据一实施例，偏压构件Illa至Illd提供偏压力来偏压所述阀构件107a至107d朝向第一位置。在图示实施例中，作用于阀构件107a至107d上的偏压力向SMA元件108提供张力，其如上文所提到的那样也联接到阀构件107a至107d。
[0035]根据一实施例，可加热SMA元件108的选定部分以便独立地促动一种选定阀。通过“独立”表示SMA元件108可促动选定的(多个)阀而不促动未选定的(多个)阀。因此，应意识都SMA元件108可一次促动多于一个阀201a至201d。根据一实施例，可经由热电加热来加热SMA元件108 ;但是可通过其它手段，诸如一种单独加热元件来加热SMA元件108。根据图示实施例，电触点109a至109e可被选择性地通电以热电加热位于相邻电触点109a至109e之间的SMA元件108的选定部分。热电加热所述SMA元件108可通过在两个或更多个电触点之间施加差分电压来执行。根据一实施例，电触点之一可例如接地或为负电位。形状记忆合金为通常已知在高于转变温度发生它们的物理转变的金属。通过组合适当合金，可确定SMA元件108的转变温度。转变温度通常被理解为使SMA材料开始从马氏体晶体结构转变为奥氏体晶体结构的温度。当SMA元件108低于转变温度时，金属保持为马氏体晶体结构。在马氏体晶体结构中，金属可物理变形为第一大小和/或形状且在低于转变温度时可保持在该形状。根据一实施例，物理变形包括使用偏压构件Illa至Illd来拉伸SMA元件108。
[0036]在加热SMA元件108到高于转变温度时，SMA元件108开始转变为奥氏体晶体结构，其中合金返回到“记忆的”、变形前的大小和/或形状。在SMA材料中出现的转变是相对较快的，因为并不像许多类型的相变中那样发生扩散。SMA材料的这种独特的性质可用于阀组件100中以便选择性地打开或闭合所述阀组件100的个别阀IOla至101d。
[0037]可以意识到，仅被加热到高于转变温度的SMA元件108的部分将经历转变。因此，通过限制对仅SMA元件108的一部分进行加热，单个阀或多个选定阀可被独立地促动，而其余阀保持未促动。例如，如果差分电压施加在第二电触点109b与第三电触点109c之间，在两个电触点109b与109c之间延伸的SMA元件108的部分将经由热电加热而被加热，而SMA元件108的其余部分的温度保持基本上不变。因此，在这两个电触点之间延伸的SMA元件108的部分将开始相变并且大小收缩，由此克服了由偏压构件Illb所提供的偏压力。由于克服了偏压力，第二阀构件107b可在外壳102内从第一位置朝向第二位置移动，由此提升了密封膜片105b远离阀座207b以打开第二阀101b。虽然在第二电触点109b与第三电触点109c之间的SMA元件108的部分克服了偏压构件Illb的偏压力，SMA元件108的其余部分保持低于其转变温度。因此，联接到SMA元件108的其余阀将保持闭合。
[0038]尽管第二阀构件107b的促动允许流体从流体通路203流到第二出口流体联接件104b，由于在阀构件107b与密封膜片105b之间的不透流体的密封，基本上防止流体朝向SMA元件108流动。因此，可通过受到保护避免可能的腐蚀性流体而延长了 SMA元件108的寿命。而且，隔离SMA元件108与流体防止了在SMA元件108与通过阀组件100流动的流体之间进行热交换。
[0039]根据一实施例，在移除了跨越两个电触点109b、109c两端的差分电压后，在两个电触点109b、109c之间的SMA元件108的部分将被冷却到低于转变温度，并且允许所述偏压构件Illb再次拉伸SMA元件108以闭合第二阀201b。
[0040]可以意识到，本实施例也允许同时促动多于一个阀。例如，如果要促动第二阀201b和第四阀201d，差分电压可施加于第二电触点109b与第三电触点109c之间以热电地加热在两个电触点之间延伸的SMA元件108的部分来促动第二阀201b。另一差分电压可施加于第四电触点109d与第五电触点109e之间以热电加热在两个接触件之间延伸的SMA元件108的部分来促动第四阀201d。同样，如果要促动两个相邻的阀，例如，第一阀201a和第二阀201b，则差分电压可施加于并不彼此相邻的两个电触点之间。例如，差分电压可施加在第一电触点109a与第三电触点109c之间。这个差分电压导致在第一电触点109a与第三电触点109c之间延伸的SMA元件108的整个部分被热电地加热。因此，将促动第一阀201a和第二阀201b 二者。
[0041]虽然可同时促动多于一个阀构件107a至107d,信号的极性应被认为防止电流通过SMA元件108的不合需要的部分。例如，在促动第二阀201b和第四阀201d的上文的讨论中，如果错误的极性被施加在电触点109b、109c之间或者109d、109e之间，电流可在电触点109c、109d之间延伸的SMA元件108的部段之间发送。下面为可用于对阀的各种组合进行促动的极性的示例。应意识到下表只是一个示例并且绝不应以任何方式限制本实施例的
【权利要求】
1.一种阀组件(100),包括: 外壳(102)，包括多个流体联接件(103，104a-104d)； 两个或更多个阀构件(107a-107d)，其可在所述外壳(102)内在第一位置与第二位置之间移动；以及 形状记忆合金元件(108)，其联接到所述两个或更多个阀构件(107a-107d)以在加热所述形状记忆合金元件(108)的选定部分高于转变温度时在所述第一位置与第二位置之间独立地促动所述两个或更多个阀构件(107a-107d)中的每一个。
2.根据权利要求1所述的阀组件(100)，还包括:与所述形状记忆合金元件(108)接触的两个或更多个电触点(109a_109e)。
3.根据权利要求2所述的阀组件(100)，其中，所述两个或更多个阀构件(107a-107d)中的每一个联接到在两个电触点(109a-109e)之间的所述形状记忆合金(108)。
4.根据权利要求3所述的阀组件(100)，其中，所述两个或更多个电触点(109a-109e)通电以热电地加热在所述两个电触点(109a-109e)之间的所述形状记忆合金(108)的一部分高于其转变温度来独立地促动在所述两个电触点(109a-109e)之间的所述阀构件(107a-107d)朝向第二位置。
5.根据权利要求1所述的阀组件(100)，还包括:联接到所述阀构件(107a-107d)中每一个的密封膜片(105a-105d)。
6.根据权利要求1所述的阀组件(100)，还包括:偏压构件(llla-llld)，联接到所述阀构件(107a-107d)中的每一个以偏压所述阀构件朝向所述第一位置。
7.一种用于独立地促动阀组件的阀的方法，所述阀组件包括形状记忆合金元件，所述形状记忆合金元件联接到所述两个或更多个阀构件，所述两个或更多个阀构件可在外壳内在第一位置与第二位置之间移动，包括以下步骤: 对靠近于待促动的所述两个或更多个阀构件的一种阀构件的所述形状记忆合金元件的一部分加热高于其转变温度，而所述形状记忆合金元件的其余部分保持低于所述转变温度。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述加热包括通过在与所述形状记忆合金元件接触的两个电触点之间施加差分电压而热电地加热所述形状记忆合金元件的部分。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述两个或更多个阀构件中的每个阀构件联接到在所述两个电触点之间的所述形状记忆合金元件，从而使得施加在所述两个电触点之间的差分电压独立地促动所述两个或更多个阀构件中的一种阀构件。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，密封膜片联接到所述阀构件中的每一个。
11.根据权利要求9所述的方法，其还包括以下步骤:使所述阀构件中的每一个朝向所述第一位置偏压，并且其中加热所述形状记忆合金元件的部分高于其转变温度的步骤克服所述偏压力来促动所述选定阀构件朝向所述第二位置。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述偏压步骤包括将偏压构件联接到所述阀构件中的每一个。
【文档编号】F16K31/00GK103782076SQ201280031985
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年6月26日 优先权日:2011年6月27日
【发明者】N.德佩拉斯 申请人:弗路德自动控制系统有限公司