JPH0369025B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ≪産業上の利用分野≫ 本発明は、例えばデイーゼル機関車等のスチー
ム暖房に使用され、スチームの凝結水を排出する
ための凍結防止弁に使用する形状記憶合金ばねに
関する。

≪発明の技術的背景≫ 本凍結防止弁は、特に寒冷地を走行する車輛の
スチーム暖房に使用されるもので、スチーム暖房
に流通するスチームの凝結冷却水を凍結防止弁を
介して放出するものである。

かかる凍結防止弁は、本出願人が特願昭58−
251423及び特願昭58−251424等で開示したよう
に、従来のベローズによる感温作動の欠点を形状
記憶合金ばねに変更することにより、弁の凍結防
止の効果を得たもので、この種の凍結防止弁は、
第１図に図示する如く、中空の弁本体１２内に、
上部中央にあつて長身の案内筒部１５が一体に形
成された弁基体１６を配置し、弁基体１６の案内
筒部１５内に、弁１４の長身である弁軸部１４ａ
を上端側が上方に突出する状態で挿通して、弁１
４が昇降自在に支持案内されるよう構成してあ
る。

さらに、上記の弁１４と弁基体１６の上部内面
間に、弁１４を常時閉方向すなわち降下方向に付
勢するNi−Ti合金によるコイル状の形状記憶合
金ばね１８を装着するとともに、前記弁軸部１４
ａの上端鍔部１４ｂと弁基体１６の上部外面間
に、弁１４を常時開方向すなわち上昇方向に付勢
するバイアスばね１９を装着する構成としたもの
である。

≪背景技術の問題点≫ 上記従来の凍結防止弁は、蒸気流通管１１の蒸
気の一部が冷却して凝結水となり、これが弁基体
１６の通口１６ａから流入集積することで、当該
凝結水の温度を形状記憶合金ばね１８で感知して
変形し、これにより弁１４をバイアスばね１９の
ばね圧により解放して集積した凝結水を排出口１
３から放出するものである。

本来、スチーム暖房用の凍結防止弁は高温蒸気
を供給するための蒸気流通管１１に付設して用い
られるものであるから、弁の開閉温度は蒸気温度
付近が最も望ましいものである。

すなわち、今仮に80℃付近の温度で弁開閉の作
動がなされるのであれば、相当量の凝結水が流入
集積するに至つて、低温の凝結水にならないと開
弁しないこととなり、この結果スチーム暖房機の
熱効率が低下してしまうこととなる。

換言すれば常に蒸気温度程度で開弁作動が行わ
れるのであれば、凝結水の集積が少くてすみ、当
然に開弁時間も少くなつて、熱効率の高いスチー
ム暖房を行うことができることとなる。

ところが、この種の形状記憶合金ばねは、通常
500℃で形状記憶処理がなされており、第２図の
温度荷重特性図にＡとして示されているように、
その立上り特性は急峻であるが、変態温度は、70
℃前後であるに過ぎない。

そこで、前記の如く蒸気温度付近の変態温度を
もつた形状記憶合金を得ようとすれば、既知の如
く素材の変態温度はNi量と比例関係にあること
からNi量を減少させた材料の使用が考えられる
こととなる。

しかし、形状記憶合金によるばね特性は変態温
度と同様にNi量と比例関係にあり、このためNi
量が減少するとばね作動中に永久変形が起りやす
い。

従つて、上記のような形状記憶合金ばねを使用
しても、凍結防止弁では加圧による温度の上昇で
100℃以上になる蒸気を長時間受けることで、作
動による永久変形（ヘタリ）を受けやすく、弁の
閉塞能力を低下を来すと共に、開弁時間が長くな
り、この結果熱効率も低下することになる。

≪発明の目的≫ 本発明は以上の問題点に鑑みNiの含有量を増
加させることなく、凍結防止弁に使用される形状
記憶合金ばねとして、線材に巻線手段と形状記憶
処理手段とを与えたのち、シヨツトピーニング処
理により当該線材の表面に加工歪を与えることに
より、変態温度を高温側に変移させたものを使用
し、これによつてバイアスばねとの相対関係によ
り、環境温度条件の感知にて弁を復動自在に開成
するように構成し、従来技術の欠点を解消しよう
とするのが、その目的である。

≪発明の実施例≫ 本発明を図面によつて詳記すれば、凍結防止弁
としては前掲第１図に示したものと同一構成のも
のを用いるのであり、以下これを同図により説示
することとする。

すなわち、蒸気流通管１１に取着される中空の
弁本体１２内に、案内筒部１５を一体に形成し、
かつ通孔１６ａの穿設された弁基体１６が設けら
れ、この案内筒部１５に弁１４の弁軸部１４ａを
昇降自在なるよう貫装すると共に、弁１４と弁基
体１６との間に設けられて、弁１４を常時閉方向
に付勢するNi−Ti合金によるコィル状の形状記
憶合金ばね１８と、弁軸部１４ａの上端鍔部１４
ｂと弁基体１６の間に設けられて常時開方向に付
勢するバイアスばね１９とが、常態にあつて平衡
状態となり、上記の弁１４が排出口１３の閉成を
保持している構成となつている。

従つて、ばね１８，１９のばね圧は、上記通過
中の弁本体１２内が高温に維持されている常態で
は形状記憶合金ばね１８のばね圧がバイアスばね
圧に打ち勝つて伸長し、前記の平衡状態を保つて
いるが、凝結水の集積に伴い低温となつて変態温
度に達すると形状記憶合金ばね１８が収縮して当
該平衡状態が失われ、今度は逆にバイアスばね１
９のばね圧が打ち勝つて伸長し、この結果、弁１
４が排出口１３を開成することとなる。

ここで、本発明では上記の形状記憶合金ばね１
８に汎用の形状記憶合金を用いるのではなく、線
材に巻線手段のあと通常温度の形状記憶手段を与
え、次いで、シヨツトピーニング処理により当該
線材の表面に加工歪を与えることにより、変態温
度を高温側に変移させたものを採択するものであ
る。

ここで、具体例を示すと、巻線手段としてはば
ね成形機によりゆるやかな巻線時間で巻回し、曲
率を与えることにより強圧的に加工歪を与えるの
がよい。

形状記憶処理手段は、記憶処理温度を460℃約
１時間で処理する。

これによつて第２図のＡ曲線に示す如く温度荷
重特性となる。

この状態では、弁１４の開閉温度が低くなるの
で、次のシヨツトピーニング処理を施すが、これ
は上記の処理をすることになる。

形状記憶処理を与えた線材に対して、その表面
全体に鋼球体の強圧吹付を行うものである。

上記のシヨツトピーニング加工により、前記手
段である形状記憶処理して失損した加工歪を再び
附加し、さらに、加工硬化層を増大させ得ること
となる。

この結果、本発明に係る形状記憶合金ばね１８
は、上記のシヨツトピーニング加工による加工歪
によつて、第２図のＢ曲線の如く、その変態温度
を上昇させ得ると共に、硬度も大となつて、耐熱
性を持ち、永久変形もし難く、繰り返しの変態温
度による作動にも正確な開閉作動を保つことがで
きる。

よつて、かかる構成の凍結防止弁にあつては、
蒸気流通管１１内の蒸気の一部が冷却して凝結水
となり、中空の弁本体１２内に流下して温度が低
下するとNi−Ti形状記憶合金ばね１８が収縮し
てバイアスばね１９のばね１９圧が形状記憶合金
ばね１８のばね圧に打ち勝つので、第３図に示す
如く弁１４は弁基体１６の案内筒部１５の支持案
内作用を受けて上昇し、排出口１３を自動的に開
き、凝結水を弁基体１６の壁部に穿設された各通
孔１６ａを経て排出口１３から外部に自然排出す
る。

完全排出後、弁本体１２内が再び蒸気により高
温となると、今度は形状記憶合金ばね１８が伸長
してバイアスばね１９のばね圧に打ち勝つので、
第１図に示す如く弁１４は再び弁基体１６の案内
筒部１５による支持案内作用を受けて降下し、排
出口１３を自動的に閉じることになる。

≪発明の効果≫ 本発明は以上のようにして具現される通り、形
状記憶合金ばねと、これに平衡状態のバイアスば
ねとにより、弁が常態にて閉成状態を保持してい
る凍結防止弁において、上記の形状記憶合金ばね
には、線材に巻線手段と形状記憶処理手段とを与
えたのち、シヨツトピーニング処理により当該線
材の表面に加工歪を与えることにより変態温度を
高温側に変移させたものを配設して、変態温度の
感知による当該形状記憶合金ばねの変態により、
前記バイアスばねとの平衡状態が失われて、前記
の弁が、常態へ復動自在なるよう開成するように
構成したから、100℃といつた高温の変態温度を
もつた形状記憶合金バネを使用でき、しかも、こ
れは100℃以上の蒸気流体の雰囲気中で長時間上
下弁を作動させても永久変形を生ずることがな
く、また開弁時間や回数も少なくなるため熱効率
が上昇し経済的効果も大きい。

また形状記憶合金ばねの使用により、たとえ不
使用中弁等の部材が凍結しても部品交換が不要で
あり、何ら損傷することがなく、半永久的使用に
耐えるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、形状記憶合金ばねを使用した凍結防
止弁の閉状態を示す縦断正面図、第２図は従来お
よび本発明に係る形状記憶合金ばねの温度と荷重
との関係を示す特性図で、第３図は本発明に係る
凍結防止弁の開状態を示す縦断正面図である。 １２……弁本体、１４……弁、１５……案内筒
部、１６……弁基体、１８……形状記憶合金ば
ね、１９……バイアスばね。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 形状記憶合金ばねと、これに平衡状態のバイ
   アスばねとにより、弁が常態にて閉成状態を保持
   している凍結防止弁において、上記の形状記憶合
   金ばねには、線材に巻線手段と形状記憶処理手段
   とを与えたのち、シヨツトピーニング処理により
   当該線材の表面に加工歪を与えることにより変態
   温度を高温側に変移させたものを配設して、変態
   温度の感知による当該形状記憶合金ばねの変態に
   より、前記バイアスばねとの平衡状態が失われ
   て、前記の弁が、常態へ復動自在なるよう開成す
   るように構成したことを特徴とする凍結防止弁に
   使用する形状記憶合金ばね。