JPS59197683A

JPS59197683A - 熱感応弁

Info

Publication number: JPS59197683A
Application number: JP59042220A
Authority: JP
Inventors: ガブリエル・デベゲナイレ
Original assignee: Katholieke Universiteit Leuven
Current assignee: Katholieke Universiteit Leuven
Priority date: 1983-03-07
Filing date: 1984-03-07
Publication date: 1984-11-09
Also published as: ES8503103A1; EP0118152A1; LU84677A1; ES530372A0; US4549717A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕この発明は、例えば、火災発生の場合のように、弁を取
り巻く外部環境ないし外気が過熱したことに応答するよ
うになった安全弁である熱感、Ｖ６弁に関する。この感
応の仕方として、例えば、弁が液体用のときに、暖房器
具の弁圧を縮めるための装置に接続された場合ば、弁を
開くようにし、弁が建物の取入ロバイブに取りつけられ
る燃焼ガス用の場合には弁を閉じるようにすることがで
きる。

〔発明の技術的背景〕

一般に、このような弁は、例えば管状のノ・ウノングで
その外側の外部環境（外気）から内部通路を分離するも
のを具備し、かつ、開放位置と閉塞位置との間（すなわ
ち、前記の内部通路が開放された状態を保つ位置と閉基
ボデーによって閉塞される位置との間）を動き得る閉塞
ボデーを有し、更には、゛閉塞ボデー用制御機構を設け
ている。閉塞ボデーは、シリンダ内を摺動するピストン
の形式をとフ、シリンダ器壁に形成された１個以上の開
口をピストンの位置に応じてピストンにょシ開閉するよ
うにしてもよいし、弁座の形状に適合した球又はフラッ
プの形式をとシ、弁座を押しだ時に通路を閉塞するよう
にしてもよいし、又、その他の任意の形式にしてもよい
。

このような弁においては、閉塞部材の位置は、形状記憶
要素を基本にした制御ｍ構、すなわち、開閉運動が形状
記憶合金要素から送られる信号でトリガーされる機構に
よって操作される。この制御機構は、形状記憶合金要素
によってトリガーされた時に、閉塞ボデーを動かす機能
をする、１個以上の機械的、フルイディックス式、磁気
的若しくは゛電磁気的要素又はこれらの組合せから成る
。

このような合金は、公知のように、もし適当に選ばれる
ならば、暖冷の両状態で別の形状になシ、温度指令装置
又は温度制御装置の可動部を充分のエネルギをもって動
かすという利点がある。このことは、温度指令装置又は
温度制御装置を簡素化し、必要な場合には、電気部品を
使用しないようにすることができる。過熱状態では、弁
が開いているか閉じているかどうか、過熱状態が終った
後、弁が開くか閉じるかどうか、弁が流体の圧力と同一
方向又は反対方向に再度開き又は閉じらぜられるかどう
か、形状記憶合金が閉塞ボデーを押して動かす要素とし
て作用するか閉塞ボデーの動きを一時的に停め、次いで
閉塞ボデーの動きを他の機械要素等によって行なわせる
ボルト要素として作用するかに応じて、上記の熱感応弁
用に数種の制御機構がある。最も簡単な例として、制御
機構は、閉塞ボデーを動かす機能と共に熱感応要素の機
能を果す形状記憶合金要素だけから構成されてもよい。

しかし、外気温度に感応しなければならないかかる弁に
ついては、形状記憶合金要素が弁内部にあるために、応
答時間が可成シ長くなる。

このことは、閉塞ボデーは可動でなければならず、又、
弁の内部を制御しなければならないという事実に基づい
ている。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、外部環境（外気）の過熱に対する弁
の応答時間を改善した熱感応弁を提供することにある。

〔発明の構成〕

この発明に基づく熱感応弁においては、形状記憶合金要
素は、弁のハウシング内に部分的に固定され、その表面
の大部分で上記ハウジングと熱伝導接触を行なうように
なっている。

この発明は、形状記憶合金要素が動作を生じさせる可動
要素でなければならないという事実にも拘らず、この形
状記憶合金要素は可動のもの（可動部分）としては一部
分しか使われずに、他の部分はハウジングに固定されて
熱伝導によシハウジング内部の熱を取フ出して可動部分
に伝達するように構成するという技術思想に基づいてい
る。この熱を抽出するには、ノ・クランプと形状記憶合
金要素の固定部分が良好な熱伝導接触をすることが必要
である。従って、この同定部分は、形状記憶合金要素の
可成りの部分、望ましくは少なくとも１０％がハウジン
グと熱伝導接触するように取り付けられる。これ以上の
割合、例えば、１０％〜８０％が弁の感度を改善する。

形状記憶合金要素は、長細であってその全長にわたって
・・クランプの内壁面に形成された溝内に固定して、す
なわち、遊びがなく挿入されていることが望ましい。こ
のようにすると、形状記憶合金要素は固定保持される溝
内に押入されることによって弁の据付を容易にする。

〔発明の実施例〕

以下に、図面を参照して実施例に基づいてこの発明を説
明する。

第１図に示すとおシ、熱感応弁（以下、単に「弁」とい
う。）はノ・クランプを構成する鋼製の管１を具備し、
この管１をアルミニウムｇＩＪング２が囲繞し、その内
面で管１の外表面に、例えは円錐状の面でクランプされ
ることによって、密着させている。リング２の外表面は
冷却ウィング又は冷却フィン（以下、単に「ウィング」
という。）３になっている。ウィング３の先端４は、す
べて（円板状ウィングに於ける場合と同様に）円筒面上
にあるか、ノ・クランプ１すなわち管の軸方向に動く囲
シの環境（外気）から風をウィング３０間に容易に通す
ために同じ円錐面上にある。

ハウジング１の内壁は、弁座５を有する内部通路１６を
規定し、この弁座５は、可動閉塞ボデーとして作動する
球６と協働する形状になっているものであり、又、球６
は第１図に示すように弁座５から離れる開放位置と第２
図に示すように通路１６を閉塞する閉成位置との間を動
き得るようになっている。球６用の制御機構は、ステン
レス鋼のはね７（第５自）と成分がＣｕ７０．１％、Ｚ
ｎ２５．６％及びＡ１．４．３　％の形状記障合金製の
ワイヤ片８（第４図）（これが形状記憶合金要素を構成
する）を具備して成る。ばね７及びワイヤ片８は、それ
ぞれ１８０°を超える円弧形を成し、それらの両端部９
，１θ及び１１．１２は円の内側方向に曲げられている
。

ばね７とワイヤ片８の一部分である円弧状部分はハウジ
ング、すなわち管１の内壁に形成された溝ｚ７，１ｇそ
れぞれ内に押入され固定されている。ばね７の他の部分
を成す両端部９，１０及びワイヤ片８の両端部１１．１
２が可動に々っている。この形状は、ばね７とワイヤ片
８の取付けを容易にする。伺故ならば、これらの両端を
第４図及び第５図に示すように互いの方向に押してばね
７及びワイヤ片８の円弧状部分の半径を減じ、これによ
ってそれらを対応の溝１７．１８に導いて固定するから
である。ワイヤ片８が挿着される溝１８の形状はこのワ
イヤ片８の円弧状部と非常に正確に相補的になっておシ
、密着して出来るだけ太さな面積にわたって伝導による
熱伝達を容易にしている。

第１圀に示す開放位置において、球６は、ばね７の両端
部９，１０と形状記憶合金製のワイヤ片８間に軽くクラ
ンプされて安定した位置にある。球６が、弁座５の刀に
押されると、はね７の両端部９，１０を押しこれらを遠
ざける。

このことが球６の運動に抵抗する力を生じさせる。然し
、球６が十分に深く押し込まれると、ばね７の両端部９
．１０は再び閉じて球６の動きと同方向の力を生じ、球
６は第２図に示す閉成位置の刀へ動かされることになる
。この閉成位置では、球６はばね７と弁座５の間に軽く
クランプされる。このようにして、ばね７は球６に双安
定性を与える。すなわち、開放位置と閉成位置の２つだ
けの安定位置かめるということになる。

形状記憶要素であるワイヤ片８は、公知のように、第１
図の「冷状態」では、成る特定の形状を有し、第２図の
１暖状態」では別の形状を有するようにされたものであ
る。ここで、「冷状態」及び「暖状態」とは、、それぞ
れ合金のマルテンザイト変態温度領域よ多も上及びそれ
よシも下の領域を百う。第１図のような冷状態において
は、ワイヤ片８の両端部１１．１２は弁座５からそシ返
った位置にある。第２図のような暖状態においては、こ
れら両端部１１　、１２は弁座５の万に近づいた位置に
ある。

作動について述べると、弁は最初外周の温度にあって第
１図に示すように開放位置にあわ、球６は開放位置にあ
って、ワイヤ片８は冷状態の形状を有している。ウィン
グ３間に熱風又は熱い厘が到達すると、これらウィング
３は対流によって加熱され始め、管１を通して伝導によ
りワイヤ片８の方へ熱を伝達す−る。このワイヤ片８の
温度が変態温度に達すると、ワイヤ片８がその形状を変
え、それの両端部１１．１２で弁座５の方に球６を押す
。ばね７の作用を受けて球６は第２図に示す閉成位置に
落ちる。（この例では、この現象が５５℃で起る。）そ
の後、ワイヤ片、８が、変態温度よシも冷却されると、
第１図に示す冷状態の形状に戻るが、球６はこの運動（
すなわち戻シの運動）を行なわないで、ばね７の作用に
より弁座５に対しクランプされたままになっている。従
って、過熱状態がなくなっても弁は閉じたままである。

弁を再び開くには人間の手を加えることが必要である。

このために、弁座５はねじ１５で閉基される孔１４を有
する。孔１４の軸心は球６の方を向いている。弁を再び
開放するために、ねじ１５を外して押棒を孔１４内に入
れ球６をはね７を通シ抜けるように、開放位置の方向へ
押す。

この発明は、形状記憶合金要素の組成にも変態温度の選
択Ｖこも限定されるものではない。変態温度は用途に応
じたものになるのであシ、弁が通常位置（冷状態の位置
）にあるときが常温とされ、弁が応答すべき温度が暖温
度とされる。

このために、形状記憶合金は、常温でマルテンサイト状
態にあり、暖温度ではオーステナイト状態にある。形状
記憶合金はこれらの条件に基づいて選択される。望１し
くは、組成成分の関数として第６図で与えられた遷移温
度を持つ所の、マルテンサイト状態でβ組成を有するＣ
ｕ−ＡＡ−Ｚｎ合金が選択される。第６図でＭｌ！温度
表わすものである。これで、対応の形状記憶合金の組成
を逆捩することができる。それで、火災発見又は火災防
止に利用する場合には、５０℃〜１５０℃間の感応温反
が選ばれる。これは、一般に、４０℃〜１４０℃の範囲
のＭＳ　（ｍ度に対応する。もちろん、例えは、Ｃｕ−
Ｚｎ合金、Ａｕ−Ｃｄ合金、Ｎｉ−Ｔｉ合金寺の２数分
合金、その他、形状記憶の効果を生じるＦｅ　、Ｎｌ　
ｒ　Ｃｒ　ｒ　Ｃｏ　＋　Ｍｎの３成分合金又は４成分
合金を用いることができる。直接マルテンサイト変態（
ｄｉｒｅｃｔ　ｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃｔｒａｎｓｆｏ
ｒｍａｔｉ　ｏｎ　）及び逆マルテンサイト変態（１ｎ
ｖｅｒａｅ　ｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃ　ｔｒａｎｓｆｏ
ｒｍａｔｉｏｎ　）の場合に合金に変形する性質を与え
るために、合金は更に、それをマルテンサイト状態で冷
状態の形状に変形させることと、オーステナイト状態で
暖状態の形状に変形させることとをくりかえして行なう
予備処理を受ける。

形状記憶合金製素は必ずしもワイヤの形状をしていなく
てもよい。この形状は製造及び取付に特に実用的である
けれども、形状記憶合金製糸は、弁のハウジングの十分
な表面の部分に密層するように取り付けられる限り、例
えは細長片（５ｔｒｉｐ　）のような他の形状を崩して
いてもよい。又、形状記憶合金のワイヤ片や長細片を升
のハウジングの内壁内の溝に挿入する必要もない。弁の
運動をトリガーしなければならない可動部を除き形状記
憶合金製素の全体を弁の・・ウソング内に設置する構造
を考えるとよい。

更に、形状記憶合金製素の全体が形状記憶合金製である
必袂がない。少なくとも形状を変えなければならない部
分がこのような合金製であフ、残）の部分は一体に盆っ
ている限りはこの合金でなくてもよい。

この発明は、閉塞ボ゛デー用制御４幾構の種類に限定さ
れるものでもない。実施例のはね７は、球６（−膜化し
た用ＭＢでは、止った時に２つの安定位置を有するとい
う双安定性を有する閉塞ボデー）を設けなければならな
い時に必要である。しかし、閉基ボデーの制御は、この
発明の趣旨から外れることなしに他の形式のはね又は機
構で得られるものである。他方、この発明の原理は、閉
塞ボデーが必ずしも双安定性を有しなければならないの
ではなくて、形状記憶合金製累の万への熱の伝達がこの
合金の運動奮起させる（トリガーする）信号を生じさせ
る方向に生じる限り、開閉がもっと進んだ方法で行なわ
れる場合の装置に利用できる。

更に、例えば、ボルトとして機能する形状記憶要素によ
って冷状態においては離れないように烙れた運動発生用
の鋼ばねを制御機構に用いることもできる。この発明に
基づいて取υ付けたこのボルトの温度が変態温度に達す
ると、このボルトは高エネルギの運動発生用のばねが離
れるのをさまたげない形状をとり、このばねが、例えば
、液圧に抗して火災用スプリンクラ−を開くことができ
るようにする。ここでは、形状記憶合金要素はボルトの
機能を持っているが、第１図の実施例では、運動発生用
要素の機能を持っておシ、この発明はこれら両者に適用
し得るものでおる。

外部環境（又は外気）から弁のノ・ウジングへの熱伝達
は、対流用のウィング３によって増進される。しかし、
叱１図に示すようなウィングやウィングを有する環状部
材を使用する必要がない。熱対流を増進する波形又り細
形状の外表面、すなわち、外部に少なくとも２個所に凹
んだ面を設けることで十分である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に基づく熱感応弁の一実施例の開放
位置にある状態での縦断面図、第２図は第１図と同じ実
施例の閉成位置にある状態での縦断面図、第３図は第１
図及び第２図の実＼流側の平面図、第４図は上記の実施
例の弁に使用される形状記憶合金要素の平面図、第５図
は閉塞ボデーに双安定性を与えるために弁内で使用され
るばねの平面図、第６図はＣｕ　−Ａｔ−Ｚ　ｎ形状記
憶合金製索の三成分遷移温度特性図である。１・・・管、２・・・リング、　　３・・・冷却ウィン
グ、４・・・先端、５・・・弁座、６・・・球、７・・
・ばね、８・・・ワイヤ片、９．１０．１１．１２・・
・両端部、１４・・・孔、１５・・・ねじ、１６・・・
内部通路、１７゜１８・・・溝。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）外部環境から内部通路を分離し該外部環境の過熱
の際、その熱を伝達するためのハウジングと、該ハウジ
ング内にあって該内部通路の開放位置と閉成位置との間
を移動し得る閉塞ボデーと、冷状態と暖状態において相
互に異った形状を有する形状記憶合金要素を具備する閉
扉ビデー用制御機構とを具備するものに於て、前記形状
記憶合金要素は、表面で前記ハウジングと熱伝導接触す
るため前記ハウジングに固定された一部分と、該ハウジ
ングから自由で前記冷状態及び暖状態に応じ前記閉塞ボ
デーを前記開放位置と前記閉成位置とに位置せしめる他
の部分とを具備することを特徴とする熱感応弁。
（２）　　前記一部分は、前記形状記憶合金要素の全表
面積の少なくとも１０％の表面積を有することを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の熱感応弁。
（３）前記形状記憶合金要素は、長細の形状を有し、前
記一部分は前記ハウジングの内壁に形成した溝に妖装さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載
の熱感応弁。
（４）　　前記形状記憶合金要素は１８０°を超える円
弧状に形成され、その円弧部は前記一部分を構成しかつ
両端部は可動部を成す前記他の部分であることを特徴と
する特許請求の範囲第３項に記載の熱感応弁。
（５）　　前記ハウジングは熱対流を増進する凹状の外
表面を有することを特徴とする特許請求の範赴第１項乃
至第４項のいずれかの１に記載の熱感応弁。・、。
（６）　　前記ハウジングの前記外表面は複数のアルミ
ニウム製冷却ウィングで構成されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第５項に記載の熱感応弁。
（７）　　前記形状記憶合金要素はメルトであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか
の１に記載の熱感応弁。
（８）前記制御機構は、前記閉塞ボデーが前記開放位置
にある時にはその位置に、かつ、前記開放位置にある時
にはその位置に保つと共に、前記閉基位置が前記閉成位
置に来た後はその位置を維持するためのばねを有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第７項のいず
れかの１に記載の熱感応弁。
（９）外部環境から内部通路を分離し該外部環境の過熱
の際その熱を伝達するためのハウジングと、該ハウジン
グ内にあって該内部通路の開放位置と閉成位置との間を
移動し得る閉塞ボデーと、冷状態と暖状態において相互
に異った形状を有する形状記憶合金要素を具備する閉塞
ボデー用制御機摘とを具備するものに於て、前記形状記
憶合金は、前記閉塞ボデーに作用し前記制御部材の作、
動発生要素を構成することを特徴とする熱感応弁。 αｑ　前記制御＠構は、前記閉塞ボデーが前記開放位置
にある時にはその位置に、前記開放位置にある時にはそ
の位置に保つと共に、前記閉塞位置が前記閉成位置に来
た後はその位置を維持するためのばねを有することを特
徴とする特許請求の範囲第９項に記載の熱感応弁。