专利名称：用于减压阀的形状记忆合金触发装置的制作方法
用于减压阀的形状记忆合金触发装置
背景技术：
压力容器通常用于容纳多种加压流体，例如，储存氢气、氧气、天然气、氮气、丙烷和其它燃料。合适的容器材料包括由热固性或热塑性树脂结合在一起的缠绕玻璃纤维或其它合成长丝的薄片层。聚合物的或其它非金属弹性衬里或囊状物通常设置在复合材料外壳内，以密封容器并防止内部流体接触复合材料。容器的复合构造提供多种优点，如重量轻、 耐腐蚀、耐疲劳和抗灾难性故障。这些特性是由通常沿主作用力的方向定位在压力容器的构造中增强纤维或细丝的高比强度带来的。图1和2图示了细长压力容器10，如在美国专利No. 5，476，189中披露的容器，该专利通过引用在此并入。容器10具有主体部分12，该主体部分具有端部14。通常由铝构造成的凸起部16设置在容器10的一端或两端，用于提供与容器10的内部连通的端口。容器10由被外部复合材料外壳18覆盖的内部聚合物衬里20形成。在该情况中，“复合材料” 是指纤维增强树脂基复合材料，如卷绕或层叠结构的细丝。复合材料外壳18承担所有的结构载荷，衬里20提供气障。当压力容器暴露至强热时，如在火灾情况中，热量增加容器中的气体的压力。在典型的铁质容器中，一个或多个安全膜在容器的端部端口处设置在阀体中。这些安全膜抵抗压力增加，以在容器破裂之前释放气体。然而，在复合材料容器的情况中，复合材料不能加热类铁物质，因此容器中的压力不以相同的方式增加(使得由压力的增加致动的减压阀是不合适的)。然而，在继续暴露至热量时，复合材料容器中的压力增加，最终导致破裂，从而导致不可控的气体释放和/或爆炸。在现有技术中，多个温度传感器设置在沿着容器的离散位置处。这种传感器可操作地连接至用于容器的一个或多个减压阀。这种连接可以以电的、化学的、机械的或通过加压管线的方式实现。在一个示例中，多个离散传感器固定在沿着容器的外侧延伸的加压管道中。然而，调节某些货物(如，高压气体)的输送的某些管理机构阻止使用在输送期间被加压的管线或总管。而且，定位在容器上的离散位置处的传感器留下传感器未覆盖的容器部分。
发明内容
本发明描述了一种包括阀和细长形状记忆合金元件的装置。阀包括处于第一位置的杆件，其中在杆件处于第一位置时阀关闭。细长形状记忆合金元件具有连接至杆件的第一端。形状记忆合金元件被拉紧以具有第一长度，其中将形状记忆合金元件的至少一部分至等于或超过该形状记忆合金元件的奥氏体转变温度的温度使形状记忆合金元件缩短至第二长度，从而引起形状记忆合金元件的第一端将杆拉动至第二位置，从而使阀打开，其中第二长度小于第一长度。提供本发明内容，以简单的形式引入下文在具体实施方式
中进一步描述的概念。 本发明内容不是要确定所公开的或要求保护的主题的关键特征或本质特征，并不是要描述所公开的或要求保护的主题的每一个被公开实施方式或每种实施方案。具体地，本文中关于一种实施方式公开的特征可以等同地应用于其它实施方式。此外，本发明内容不是要用作确定所要求保护的主题的帮助。随着本说明书的进展，多种其它新颖的优点、特征和关系将变得明显。接下来的附图和描述更加具体地举例说明图示性实施方式。
将参照附图进一步说明书所公开的主题，其中多个视图中始终由相同的附图标记表示相同的结构或系统，其中图1为典型的细长压力容器的侧视图；图2为沿着图1中的线2-2截取的穿过这种压力容器的一端的局部剖视图；图3为结合本发明的用于减压阀的示例性形状记忆合金触发装置的细长压力容器的侧视图；图4A为图3的压力容器的末段的一部分的示意图，其中减压阀处于关闭位置；图4B为图3的压力容器的末段的一部分的示意图，其中减压阀处于第一打开位置；图4C图3的压力容器的末段的一部分的示意图，其中减压阀处于第二打开位置； 以及图5为结合在容器的每一端连接至减压阀的示例性形状记忆合金触发装置的细长压力容器的侧视图。虽然上述附图提出了所公开主题的一个或多个实施方式，但其它实施方式也是可预期的，如在本公开内容中注意到的那样。在所有的情况中，本公开内容以代表性性的而不是以限制性的方式呈现所公开的主题。应当注意到，本领域技术人员可以导出落入本发明的原理的范围和精神之内的多种其它修改和实施方式。附图可以不按比例绘制。特别地，为清楚起见，一些特征可能相对于其它特征而被放大。而且，在使用诸如上、下、上方、下方、顶部、底部、侧面、右、左、垂直、水平等之类的术语时，应当理解，仅是为了容易理解本说明书而使用它们。可预期的是，可以以其它方式定向多个结构。
具体实施例方式本发明提供了一种特别是容器暴露至火灾时用于诸如复合圆筒形气体储存容器之类的压力容器的受控减压的传感器和阀组件，。本发明提供了温度启动传感器和阀组件 21，该传感器和阀组件用于从容器内释放气体，而不是采用基于压力的阀释放多余的气体。 如图3所示，一段管道22安装在压力容器10’的外侧，从而沿着容器10’的长度延伸。在示例性实施方式中，管道22由不锈钢制成，并具有0.25英寸的外径。在示例性实施方式中，管道22具有允许热量自由流入管道22的孔眼40 (图4C中示出)。减压阀(PRV) 24靠近管道22的第一端26安装在凸起部16’上(参见图4A)。细长形状记忆合金(SMA)元件，如线观被‘设置’为拉紧(线观的拉伸)约10%。 这种拉紧在低于SMA的奥氏体开始温度的温度下实现。拉紧线观拧入管道22内部，从而相对于PRV 24的杆件32固定。线观的第一端30连接至PRV 24的杆件32。线观的第二端34相对于管道22固定，如通过连接至管道22的第二端36 (如借助于机械紧固件或通过将管道22的第二端36锻造在线观的第二端34上)。在示例性实施方式中，线观的第二端34在位置上相对于压力容器10’固定。在示例性实施方式中，PRV M为传统的90度回转阀。图4A示出了处于关闭位置的PRV 24，其中杆件32处于垂直位置。采用这种传统的90度回转阀，旋转杆件32约90度 (至图4B或4C中所示的位置)打开阀，从而允许气体从凸起部16’流出。在示例性实施方式中，将线观加热至或超过其奥氏体转变温度引起线观收缩 6-8%。因此，对于变形的线的每一英尺，由线28恢复产生的应力使该线缩短0. 72 0. 96 英寸。当所述线缩短时，以约120磅的力(对于0.06英寸的线直径)拉第一端30，从而转动杆件32以打开PRV 24。在示例性实施方式中，所公开的触发装置设计为使得将容器10’ 的必要部分暴露至等于或大于线观的转变温度将会引起线观的缩短，这种缩短足以将杆件32拉动至图4B中图示的打开位置。在示例性实施方式中，PRV 24设计为由1英寸的总线观收缩量触发。虽然在图示的实施方式中，线观的端部30连接至杆件32的端部，但根据特定应用的需要，考虑打开PRM4所需的位移和拉力，线观可以在其它位置连接至杆件 32。用于触发传感器和阀组件21的热量可以存在于沿着SMA线28的长度的任何位置处。在示例性实施方式中，SMA线观大致沿着容器10’的整个长度沿平行于容器表面的大致直线延伸，从而在其整个长度上保护压力容器10’。在其它实施方式中，管道22和线观延伸至其中可能检测到火灾或温度升高的其它位置。如果线观的任何部分被加热超过所确定的温度，则线将以某种程度收缩。如果线观充分收缩，则线观的端部30的移动拉动杆件32打开PRV 24。采用如此打开的PRV 24，来此容器10’内的加压气体可以以受控的方式通过打开的PRV M流出。因此，SMA线28用作沿着容器10’的整个长度的温度传感器，并且因此可以抵抗局部火灾，从而允许气体从容器10’释放。所公开的触发装置可以用作保护任何长度的容器，甚至非常长的压力容器。多于一个的管道22和线观可以用在单个阀M上。管道22 和线观不限于直线延伸，而是可以弯曲，只要线观能够在管道22内移动。例如，从容器的一端到另一端铺设成螺旋结构的SMA线观对容器的所有侧面提供保护，以及为容器的长度提供保护。管道22防止传感器线观受到可能不利地影响其性能的环境条件。这种布置产生相对便宜的传感器组件21。所公开的传感器组件21最小化故障触发，因为PRV对将仅在线观暴露至超过奥氏体转变温度时被触发。所述转变温度由线合金成分确定。在一种示例性实施方式中，合金为54. 79重量百分比的镍和45. 21重量百分比的钛，因此具有 IOO0C 012° F)的转变温度。可以通过选择形状记忆元件或线观的横截面积(如，直径) 控制力的大小。具有约0. 06英寸的直径的示例性线在环境温度超过特定合金的转变温度时产生约120磅的拉力。采用具有更大横截面积的线实现更大的力。所产生的力本质上与长度和温度无关；因此，更高的温度或更多的热量输入将不会明显地增加或减小由于转变而产生的力。一旦将传感器组件21放置在合适的位置，则在压力容器10’的使用寿命期间基本上不需要维护。形状记忆线观在出现转变之前基本上不受任何应力。压力释放装置还可以被设置为在线观被切断时被触发。在示例性实施方式中，沿图4C中示出的方向(如通过弹簧38)偏压杆件32，其从图4A中的“断开”位置(沿与分别在图4A和4B中示出的“断开”和“接通”位置之间的偏移相反的方向)偏移约90度的旋转角。因此，如果线观被切断且不再在杆件32上施加拉力，则杆件32自动弹入图4C中图示的位置，从而打开PRV 24。在图5中图示的另一种示例性实施方式中，线观的第二端34连接至第二 PRV的杆件。这将允许启动两个PRV，从两端14’使容器10’排气。在又一种实施方式中，所公开的管道与SMA阀和传感器组件21可以用来致动任何装置(不仅仅是PRV)，例如，灭火系统。虽然已经参照几个实施方式描述了本发明的主题，本领域技术人员将会认识到， 在不偏离本发明的精神和范围的条件下可以在细节和形式方面进行改变。此外，关于一种实施方式公开的任何特征可以结合在另一种实施方式中，反之亦然。
权利要求
1.一种装置，包括阀，所述阀包括处于第一位置的杆件，其中在所述杆件处于第一位置时所述阀关闭；和细长形状记忆合金元件，所述细长形状记忆合金元件具有连接至所述杆件的第一端，其中所述形状记忆合金元件已被拉紧以具有第一长度；其中将所述形状记忆合金元件的至少一部分暴露至等于或超过所述形状记忆合金元件的奥氏体转变温度的温度下使所述形状记忆合金元件缩短至第二长度，从而使所述形状记忆合金元件的第一端将所述杆件拉动至第二位置，从而使所述阀打开，其中所述第二长度小于所述第一长度。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述阀为减压阀。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置设置在压力容器上。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述阀安装在所述压力容器的凸起部上。
5.根据权利要求3所述的装置，其中，所述细长形状记忆合金元件沿着所述压力容器的长度定位。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述阀为90度回转阀。
7.根据权利要求1所述的装置，还包括管道，所述形状记忆合金元件的至少一部分设置在所述管道内。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述管道包括多个孔眼。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述形状记忆合金元件具有位置固定的第二端。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述形状记忆合金元件具有连接至第二阀的第二杆件的第二端。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述杆件的第一位置和所述杆件的第二位置偏移约90度的旋转角度。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述杆件朝向第三位置被偏压，所述第三位置在与所述杆件的第一位置与所述杆件的第二位置之间的偏移的旋转方向相反的旋转方向上与所述第一位置偏移大约90度的旋转角度。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，还包括将所述杆件偏压至所述第三位置的弹
全文摘要
本发明公开了一种具有阀(24)和细长形状记忆合金元件(28)的设置。阀(24)具有处于第一位置的杆件(32)，其中在杆件处于第一位置时阀(24)关闭。细长形状记忆合金元件(28)具有连接至杆件(32)的第一端(30)。形状记忆合金元件(28)被拉紧以具有第一长度，其中将形状记忆合金元件(28)的至少一部分至等于或超过该形状记忆合金元件的奥氏体转变温度的温度使形状记忆合金元件(28)缩短至第二长度，从而引起形状记忆合金元件(28)的第一端(30)将杆件(32)拉动至第二位置，从而使阀(24)打开，其中第二长度小于第一长度。
文档编号F16K31/00GK102341630SQ201080010269
公开日2012年2月1日 申请日期2010年3月3日 优先权日2009年3月3日
发明者约翰·A·伊胡森, 约翰·D·马克逊 申请人:陆型技术公司