CN107061785A - 形状记忆合金致动阀门组合件及用于其的阀门子组合件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种形状记忆合金致动阀门组合件及用于其的阀门子组合件。该形状记忆合金致动阀门组合件配备有支撑结构，该支撑结构具有布置在其表面上的电动机械连接点。被布置成提供支撑结构接触件与柱塞上的接触件之间的连接的SMA元件的致动将使得柱塞从打开位置移动到闭合位置或反之亦然。该支撑结构配备有用于啮合SMA元件的多个接触点或连接点，使得阀门组合件可以被配置成提供常闭(normally closed，NC)、常开(normally open，NO)、比例或锁存阀门组合件。

Description

形状记忆合金致动阀门组合件及用于其的阀门子组合件
技术领域
本发明涉及一种阀门组合件，并且具体而言涉及形状记忆合金致动阀门组合件及用于其的阀门子组合件。
背景技术
流体处理装置正变得越来越受欢迎，并且存在对既便携又容易使用的流体处理装置的增大的需求。便携式流体处理装置用于例如家庭看护、床旁测试、燃料电池、芳香剂分配器等应用。为了使便携式流体处理装置是有效且高效的，便携式流体处理装置应该是轻质、大小较小、消耗最小电力、以低噪声操作并且制造经济的。在许多应用中，另外重要的是流体处理装置提供准确且恒定的流体分布。因此，优选的是在流体处理装置中并入高效的流体阀门。在许多方面中，流体阀门的特征在于装置的效率。
尝试满足上述标准的便携式阀门的一个实例是微型电磁阀。然而，微型电磁阀并未总是如某些实施方案所需要的那样有效的。电磁阀通常在大小上受到限制，并且为了获得充分的性能，电磁阀通常消耗大量的电力。在一些情况下，电磁阀的电力消耗是不可接受的，尤其是在例如使用电池作为电源时。电池可能无法在足够的时间长度内将电力提供到阀门。此外，在一些应用中，可能需要将阀门保持在特定的打开或中点位置中。如果此位置需要电磁的连续致动，那么阀门将可能消耗大量的电力由此增大与操作阀门相关联的成本。
另一现有技术解决方案是电致动压电阀门的使用。一些压电阀门使用闭合臂操作，当压电元件去致动时该闭合臂抵靠着密封肩部密封。这些阀门通常需要大量的空间来操作并且可能并不总是提供充分的解决方案，因为当与可能围绕孔口干燥的液体一起使用时它们经受堵塞。
另一现有解决方案是在加热时变换形状和/或大小的形状记忆合金的使用。形状记忆合金(Shape Memory Alloy，SMA)致动阀门提供优于先前所提及的现有技术解决方案的优势，因为它们可以通常制造的更小且通常消耗更少的电力。然而，许多流体处理装置被应用到需要快速响应时间的情况。形状记忆合金(SMA)致动阀门可以具有缓慢的响应时间，这是由于在SMA元件的两个状态之间过渡所需要的加热和冷却时间。为了与传统的技术进行竞争，SMA致动阀门应该涵盖使用者所需要的全部应用和功能，同时保持高水平的性能。本发明提供处理上述问题的多功能的共同架构。
发明内容
本发明的实施例旨在改进用于形状记忆合金致动阀门组合件的***。
根据本发明的第一方面，提供一种形状记忆致动阀门组合件，其包括：阀主体，其具有流体入口和流体出口；柱塞，其被布置成打开和闭合入口与出口之间的流体流动路径，并且具有被配置成与形状记忆合金元件啮合以用于致动柱塞的至少一个机械连接；支撑结构，其具有至少一个第一啮合点以用于将形状记忆合金元件耦合到支撑结构，以及至少一个第二啮合点以用于将形状记忆合金元件耦合到支撑结构。第一啮合点和第二啮合点被布置成致动在第一啮合点与柱塞上的机械连接点之间延伸的形状记忆合金元件，以移动柱塞来打开流体流动路径，并且致动在第二啮合点与柱塞上的机械连接点之间延伸的形状记忆合金元件，以移动柱塞来闭合流体流动路径。
由本发明提供的多功能阀门组合件的优势在于它适用于许多不同阀门组合件和阀门功能。使用机械连接点(该机械连结点可以与SMA元件组合使用来推动或牵引阀门到打开及闭合位置和离开打开及闭合位置)意味着，通过以不同配置来附接SMA元件，可以从相同组合件中容易地制造锁存、常开或常闭阀门功能性，如下文中进一步描述。形状记忆的致动允许元件，因此造成形状记忆合金元件的长度的缩短。这通常在形状记忆合金元件中形成张力。这可以由加热引起，加热可以由通过形状记忆合金元件传递电流引起。SMA元件可以是例如导线的细长元件。
支撑结构可以包括多个第一啮合点。支撑结构可以包括多个第二啮合点。支撑结构上的啮合点可以是电动机械接触件。
支撑结构可以是印刷电路板。印刷电路板可以包括在前面表面上的至少一个第一啮合点以及在背面表面上的至少一个第一啮合点。印刷电路板可以包括在前面表面上的至少一个第二啮合点以及在背面表面上的至少一个第二啮合点。
阀门组合件可以包括第一形状记忆合金元件和第二形状记忆合金元件，这些元件被布置成致动第一形状记忆合金元件，以打开流体流动路径，并且致动第二形状记忆合金元件，以闭合流体流动路径。
第一形状记忆合金元件可以经由印刷电路板上的第一电连接致动，并且第二形状记忆合金元件可以通过电路板上的第二电连接致动。这优选地通过提供电流到SMA元件实现。
阀门组合件可进一步包括：第一形状记忆合金元件，其布置在前面表面上的第一啮合点与机械柱塞连接之间；以及第二形状记忆合金元件，其布置在背面表面上的第二啮合点与机械柱塞连接之间。机械柱塞连接优选地是突起、脊状物、例如螺丝/螺栓或焊接点等固定构件，或一些种类的凹陷，它们被布置成允许力在SMA元件与柱塞之间传输以致动柱塞。
柱塞可以通过弹性偏置构件相对于支撑结构被偏置。弹性偏置构件可以是弹簧。弹性偏置构件可以朝向流体流动路径闭合的闭合位置来偏置柱塞。
阀门组合件可进一步包括被布置成啮合柱塞的上端的磁体。磁体可以是永磁体。
阀门组合件可以布置成致动第一形状记忆合金元件，以将柱塞拉动到与磁体接触，从而将柱塞固持在流体路径打开的打开位置中。
阀门组合件可进一步包括：第一形状记忆合金元件，其布置在前面表面上的第一啮合点与机械柱塞连接之间；以及第二形状记忆合金元件，其布置在背面表面上的第一啮合点与机械柱塞连接之间。优选地，机械柱塞连接被配置成允许力在SMA元件与柱塞之间传输。
阀门组合件可以布置成致动第一形状记忆合金元件和第二形状记忆合金元件中的任一者或这两者，以打开流体流动路径。第一形状记忆合金元件和第二形状记忆合金元件优选地通过电路板上的第一电连接被致动。
弹性偏置构件可以朝向流体流动路径打开的位置偏置柱塞。
阀门组合件可进一步包括：第一形状记忆合金元件，其布置在前面表面上的第一啮合点与机械柱塞连接之间；以及第二形状记忆合金元件，其布置在背面表面上的第一啮合点与机械柱塞连接之间。背面表面和前面表面可以是任何基本上相对地面向的第一表面和第二表面并且优选地布置在支撑结构的基本上相对的侧面上。
阀门组合件可以布置成致动第一形状记忆合金元件和第二形状记忆合金元件中的任一者或这两者，以闭合流体流动路径。
阀门组合件可进一步包括安置在柱塞与阀主体之间的可变形膜。可变形膜优选地隔离流体入口与流体出口并且还隔离致动器与流体。
支撑结构(可为印刷电路板)可以被布置成提供电流到形状记忆合金元件以便致动它们。
阀主体可以包括界定多个流体流动路径的多个流体入口和流体出口。
根据本发明的第二方面，提供一种形状记忆致动阀门组合件，其包括：阀主体，其包括流体入口和流体出口；支撑结构；柱塞，其被布置在支撑结构的第一部分和第二部分之间，并且被布置成打开和闭合流体入口与流体出口之间的流体流动路径；形状记忆合金元件，其提供在支撑结构与柱塞之间的机械连接并且被布置成相对于支撑结构致动柱塞，其中形状记忆合金元件位于支撑结构外部。
支撑结构可以包括电动机械接触件以用于将形状记忆合金元件耦合到支撑结构。电动机械接触件可以将电源提供到SMA元件，同时还抵抗致动柱塞所必需的力。
阀门组合件可以包括弹性偏置构件，该弹性偏置构件朝向流体流动路径闭合的位置偏置柱塞。
阀门组合件可以是多个锁存阀门组合件。阀主体可以因此包括界定多个流体流动路径的多个流体入口和流体出口，其中阀门组合件包括被布置成打开和闭合相应的流体流动路径的多个柱塞。阀门组合件可以布置成致动一个或多个第一形状记忆合金元件，以打开和/或闭合流体流动路径中的一个或多个，并且致动一个或多个第二形状记忆合金元件，以打开和/或闭合流体流动路径中的一个或多个。
阀门子组合件可以提供用于根据第一方面的形状记忆合金致动阀门组合件，该阀门子组合件包括：阀主体，其包括流体入口和流体出口以及在流体入口与流体出口之间的流动路径；支撑结构，其具有：柱塞接纳区域，以用于接纳可驱动以选择性地打开或闭合流体入口与流体出口之间的流动路径的柱塞，至少一个第一啮合点，以用于将第一形状记忆合金元件耦合到优选地位于阀主体的近端的支撑结构，以允许通过第一形状记忆合金元件来致动被接纳在柱塞接纳区域中的柱塞，以闭合流动路径；以及至少一个第二啮合点，以用于将第二形状记忆合金元件耦合到优选地位于阀主体的远端的支撑结构，以允许通过第一形状记忆合金元件致动被接纳在柱塞接收区域中的柱塞，以打开流动路径。
通过所附权利要求书本发明的实施例的其它的特征和优势将是显而易见的。将是显而易见的是上述特征中的任一者或全部可以组合成任意组合以获得优于现有技术布置的益处。
附图说明
通过仅借助于实例呈现本发明的各种实施例的以下描述并且通过参考图式本发明的其它特征和优势将变得显而易见，在图式中相同参考标号指代相同部分，并且其中：
图1是根据本发明的一个实施例的形状记忆合金致动阀门组合件。
图2A和2B示出根据本发明的一个实施例的锁存阀门组合件的正视图和后视图，其中阀门是闭合的。
图3A和3B示出根据本发明的一个实施例的锁存阀门组合件的正视图和后视图，其中阀门是打开的。
图4A和4B示出根据本发明的一个实施例的锁存阀门组合件的正视图和后视图，其中阀门是打开的。
图5A和5B示出根据本发明的一个实施例的锁存阀门组合件的正视图和后视图，其中阀门是闭合的。
图6A和6B示出根据本发明的一个实施例的常闭阀门组合件的正视图和后视图，其中阀门是闭合的。
图7A和7B示出根据本发明的一个实施例的常闭阀门组合件的正视图和后视图，其中阀门是打开的。
图8A和8B示出根据本发明的一个实施例的常闭阀门组合件的正视图和后视图，其中阀门是打开的。
图9A和9B示出根据本发明的一个实施例的常闭阀门组合件的正视图和后视图，其中阀门是闭合的。
图10A和10B示出根据本发明的一个实施例的常开阀门组合件的正视图和后视图，其中阀门是闭合的。
图11A和11B示出根据本发明的一个实施例的常开阀门组合件的正视图和后视图，其中阀门是打开的。
图12A和12B示出根据本发明的一个实施例的常开阀门组合件的正视图和后视图，其中阀门是打开的。
图13A和13B示出根据本发明的一个实施例的常开阀门组合件的正视图和后视图，其中阀门是闭合的。
图14A到14C示出根据本发明的双重锁存阀门组合件的透视组装视图和分解视图。
图15A和15B示出根据本发明的一个实施例的替代阀门组合件的透视图。
图16A和16B示出根据本发明的一个实施例的另一替代阀门组合件的透视图，该阀门组合件包括夹管阀。
具体实施方式
流体处理装置通常需要阀门组合件以便提供准确的且恒定的流体分布。阀门组合件通常包括柱塞，该柱塞在第一位置与第二位置之间是可移动的，在第一位置中阀门的流体流动路径是闭合的，即，密封或切断，在第二位置中流体流动路径是打开的。柱塞可以通过致动膜、提升阀或其它阀门部件来打开或闭合流体流动路径，以打开或闭合阀门的一个或多个入口与阀门的一个或多个出口之间的流动路径。当流体流动路径打开时，流体可以在流体入口与流体出口之间流动。通常柱塞在第一位置与第二位置之间的移动是电操作的，以便提供准确的流体分布。阀门组合件通常包括支撑结构，在支撑结构上可以提供机械连接以将支撑结构连接到柱塞以用于柱塞的支撑和/或致动。力可以施加在支撑结构与柱塞之间以在第一位置与第二位置之间移动柱塞。支撑结构还维持柱塞与阀门组合件之间的位置关系。
形状记忆合金(SMA)已经用于在现有技术流体分布装置上致动阀门组合件。SMA是由于它们的物理转变温度而通常为人们所熟知的金属。
本发明的形状记忆合金致动阀门组合件配备有支撑结构，该支撑结构具有布置在其表面上的电动机械式连接点。SMA元件(其被布置以提供支撑结构接触件与柱塞上的连接点之间的连接)的致动将使得柱塞从第一位置移动到第二位置或从第二位置移动到第一位置。第一位置和第二位置通常包括闭合位置和打开状况。然而，比例控制阀可能需要最大流动/最小压降位置与最小流动/最大压降位置之间的渐进的或增量移动。支撑结构配备有用于啮合SMA元件的多个接触点或连接点，使得阀门组合件可以被配置成提供常闭(normallyclosed，NC)、常开(normally open，NO)、比例流动控制或锁存型阀门组合件。
图1示出了根据本发明的第一实施例的阀门组合件100。阀主体110包括通过阀门孔口113连接的流体入口端口111、流体出口112。提供柱塞120，该柱塞可定位和设定尺寸以便它可以移动到闭合位置，以闭合流体入口端口111。它可以通过基本上线性的平移运动闭合入口端口111。柱塞120包括机械连接121、122。机械连接121被布置朝向柱塞的致动端，而机械连接122被布置远离柱塞的致动端。柱塞的致动端用作闭合或打开阀门的端部，通过覆盖孔口113来直接地作用，或通过迫使中间部分以闭合孔口113。提供支撑结构130，该支撑结构在所希望的取向上支撑柱塞120以用于在打开状况和闭合状况之间切换阀门。支撑结构可以绕柱塞120来安置，使得柱塞基本上在结构130的相对部分之间。支撑结构130包括第一啮合点131和第二啮合点132。第二啮合点132朝向柱塞的致动端布置，而第一啮合点131布置成基本上远离柱塞的致动端。
虽然在图1中示出了两个第一啮合点131和两个第二啮合点132，但是将了解阀门组合件可以与一个第一啮合点或一个第二啮合点132一起起作用。支撑结构130可以是印刷电路板。印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)130配备有电连接135以用于提供电流到啮合点131，并且进一步配备有第二电连接136以用于提供电流到第二啮合点132。啮合点131、132被配置成用于将SMA元件140耦合到支撑结构。类似地，机械连接121、122被配置成与耦合到支撑结构130的形状记忆合金(Shape Memory Alloy，SMA)元件140啮合。SMA元件140可以朝向支撑结构的第一侧面被耦合到第一啮合点131并且朝向柱塞的第二侧面被耦合到另一第一啮合点131，同时经由柱塞120上的机械连接121在它在那些点之间的路径上传递。SMA元件140可以是导线元件。在所说明的布置中，在SMA元件与柱塞之间有可能具有相对简单的连接，方法是绕连接销122或121有效地“环绕”SMA元件并且连接到支撑结构130的任一侧的连接点。这是提供平衡的力以在直线方向上驱动柱塞的直接的方式。然而，通过提供单个连接点131或132与柱塞之间的固定连接，单个SMA元件可以提供在柱塞与SMA元件之间以相对于支撑结构致动柱塞。
隔离膜170被提供在柱塞120与阀门孔口113之间，位于流体入口/出口点处。通过柱塞所提供到隔离膜170的压力移动该膜，以闭合流体流动路径并且维持紧密密封件。
将了解SMA元件可以包括板或膜沉积等并且将仍然执行适当的功能。另外，可以仅在第一啮合点131与柱塞120上的机械连接121之间提供连接，而不是提供例如图1中所示的对称组合件。
SMA元件140得到致动以引起柱塞120的移动。当第一啮合点131通过供给电流而得到供能时，SMA元件140得到热电加热。形状记忆合金是由于在转变温度下它们的物理转变而通常为人们所熟知的金属。通过组合适当的合金，可以确定SMA元件140的转变温度。转变温度通常被理解为SMA材料从第一(例如，马氏体)晶体结构转变到第二(例如，奥氏体)晶体结构的温度。当示例性SMA元件140低于转变温度时，金属保持在马氏体晶体结构中。在马氏体晶体结构中，金属可以物理地变形为第一大小和/或形状并且可以保持在该形状中而同时低于转变温度。然而，在加热到高于转变温度之后，示例性材料转变成奥氏体晶体结构，其中合金返回到其“记忆的”、预先变形的第二大小和/或形状。发生在SMA材料中的转变是相对快速的，因为不会发生如同在许多类型的相改变中的扩散。在阀门100中可以利用SMA材料的独特属性以便如下文所论述选择性地打开或闭合阀门100。
SMA元件140的热电加热通过在两个或多于两个电触点之间施加差分电压和/或电流而获得。
从图1中所示的阀门组合件中可以看出SMA元件140可以布置成啮合点131、132与柱塞上的机械连接121、122之间的不同配置，以便使所附接的SMA元件140的致动可以使得柱塞打开或闭合入口111与出口112之间的流体路径。
如上文所提及，不必恰好具有两个第一啮合点131，然而围绕柱塞提供啮合点的对称布置可以提供阀门组合件的更可靠的操作。
将了解虽然示出了在柱塞120上的两个机械连接，但是阀门组合件可以操作为具有一个居中地定位的机械连接点123，通过图1中的虚线圆示出，以用于与第一啮合点131或第二啮合点132连接。以此方式布置的柱塞将需要较少的材料但同时保持能够适用于不同类型阀门组合件的变通性。由于SMA元件的长度较短，所以在此情况下阀门的操作范围可以较小。此类布置将需要位于前面表面和背面表面上的机械连接123彼此电隔离和/或热隔离以防止前面和背面SMA元件140之间的短路。
图2、图3、图4和图5示出根据本发明的锁存阀门组合件。这种阀门组合件包括弹性偏置构件，优选地采用弹簧150的形式，其提供使柱塞朝向闭合位置偏置的力。
磁体160可以提供在距离阀主体的柱塞的远端处，换句话说被称为柱塞的非致动端。磁体160可以是永磁体。可以任选地提供力/压力传感器190，当柱塞处于“打开”位置时，该力/压力传感器可以指示施加到膜170的流体的力或压力。该传感器可以连接到阀门组合件的电子控制器，优选地位于PCB上。
图2A示出了处于闭合位置中的锁存阀门组合件的正视图。SMA元件140经由提供在柱塞上的机械连接121而来连接第一啮合点131。图2A示出了处于其未经致动状态的SMA元件140。SMA元件140因此在柱塞上提供极少的力或不提供力。弹性偏置构件150提供偏置力以将柱塞维持在闭合位置中，在闭合位置中流体入口111与流体出口112之间的流动路径是闭合的。图2B示出了当阀门闭合时锁存阀门组合件的后视图。提供SMA元件140以经由提供在柱塞上的机械连接122来连接提供在PCB 130的背面表面上的第二啮合点132。图2B中所示的第二SMA元件140也是如图所示未经致动的，并且因此在柱塞上提供极少的力或不提供力并且至少是比用于克服偏置构件150的偏执所需要的力相更少的力。
因此从图2A和2B中所示的阀门组合件中可以看到这种锁存阀门在处于闭合位置中时不消耗电能。也就是说提供在PCB 130的前面表面和背面表面上的SMA元件140不需要致动能量，并且当阀门闭合时未被致动。当阀门闭合时，可以说通过提供在PCB的前面表面上的SMA元件140提供的力基本上等于零。通过提供在背面表面上的第二SMA元件140提供的力也基本上为零。通过弹性偏置构件提供的力大于在流体入口111处的流体的压力的力与通过磁体提供的力的组合。
本发明的锁存阀门组合件在操作的同时减少阀门的打开和闭合时间这两者，方法是使用被布置成在柱塞中诱发相对运动的SMA致动导线。锁存阀门组合件的响应时间仅取决于SMA元件的用以致动阀门的加热时间，因此并不需要等待导线冷却。一旦阀门位置发生改变，则电流可以被移除，并且因此SMA导线在需要被致动时将是冷却的。响应时间因此得到改进。
图3A和图3B示出在本发明中在阀门将被打开的情况中的锁存阀门组合件。图3A示出了经由电连接135提供到第一啮合点131的电流将由于啮合点131的电动机械本质而通过SMA元件140。通过将致动电流提供到第一啮合点131，SMA元件140得到热电加热。当SMA元件被加热到其转变温度以上时，元件140中的合金将返回到其预先变形形状。这将因此在柱塞上提供力以使得它从闭合位置移动到打开位置。图3B示出了通过电连接135提供的电流不影响连接到背面上的第二啮合点的SMA元件140。在图3A和图3B中，可以说通过在背面上所提供的第二SMA元件140提供的力是零，这是考虑到它处于其未经致动状态。通过在前面表面上所提供的第一SMA元件140提供的柱塞上的力结合通过流体入口111的压力提供的力以及磁体的力，大于通过弹性偏置构件150提供的力。图3A和图3B中的箭头表示通过此条件提供的移动的方向。
图4A和图4B示出在本发明组合件中在阀门打开的状态中的锁存阀门组合件。如同图2A和图2B，没有电流被提供通过电连接135或136。阀门是打开的，并且因此在入口端口111与流体出口端口112之间存在流体流动路径。在此情况下，在第一啮合点131之间，通过提供在前面表面上的第一SMA元件140而提供在柱塞上的力基本上是零。在第二啮合点132与柱塞之间，通过提供在背面表面上的第二SMA元件140所提供的力基本上是零。通过流体入口端口111的压力提供的力与柱塞上的磁体的力的组合大于通过弹性偏置构件提供的力。因此，阀门保持打开，而无需进一步提供任何电力。阀门锁处于其打开状态中。
图5A和图5B示出在阀门将被闭合或正在闭合时的状态中的本发明的锁存阀门组合件。图5A示出了通过电连接136将电力提供到第二啮合点132。可以理解到的是，这不会向在前面表面上布置在第一啮合点131之间的第一SMA元件140提供致动能量。从图5B中可以看出通过第二电连接136提供到第二啮合点132的电力致动位于PCB 130的背面表面上的第二SMA元件140。可以理解到的是，通过PCB 130的前面表面上的SMA元件140提供到柱塞的力基本上是零。背面表面上的第二SMA元件140的经组合的力与弹性偏置构件的力的组合大于流体入口端口111处的流体的力以及磁体160的缩回力，并且因此阀门将被移动到闭合位置。这种移动通过图5A和图5B的柱塞中所示的箭头表示。
除了在上文中描述的实施例外，本发明的阀门组合件的多功能支撑结构可以应用于不同类型的其它的阀门配置。
图6至图9示出常闭(normally closed，NC)版本的阀门组合件的布置。图6A和图6B示出第一和第二SMA元件140可以被布置到在前面和背面表面上的PCB 130上，其两者都连接到前面和背面表面上的第一接触件。在图6A和图6B中通过第一和第二SMA元件140施加到柱塞的力基本上是零，并且通过弹性偏置构件150提供的力大于流体压力和流体入口111。当阀门处于闭合位置时阀门组合件100不消耗电力。
图7A和图7B示出在阀门将要打开时的情境中常闭的阀门组合件。电力从电连接135通过第一接触件131被提供到PCB的前面表面上的SMA元件140，如图7A中所示。类似地，电力通过第一电连接135被提供到连接到背面表面上的其它第一啮合点131的第二SMA元件，如图7B中所示。第一和第二SMA元件140的电致动提供力，该力用作将柱塞从图7A的闭合位置移动到打开位置，此力大于弹簧150的力。因此，柱塞将被移动到打开位置，如通过图7A和图7B中所示的箭头所表示。
图8A和图8B示出电力必须维持在阀门组合件中以便保持阀门的打开。如果供应到SMA元件140的电力被关闭，那么SMA元件140将降到它们的致动温度以下并且恢复回如图6A和图6B中所示的未变形状态。通过经由连接135和啮合点131将电力提供到SMA元件140，通过第一SMA元件和第二SMA元件140提供的力与流体入口端口处的流体压力的组合大于弹性偏置构件的力，并且因此阀门保持打开。
图9A和图9B示出当通过电连接135提供到SMA元件140的电力被关闭时，通过第一和第二SMA元件140提供的力将是零，并且在这种情况下弹簧的力大于在流体入口端口111处的流体的压力的力。因此，柱塞将返回到闭合位置，如通过图9A和图9B中所示的箭头所表示。
图10至图12示出根据本发明的常开(normally open，NO)阀门组合件。在常开阀门组合件中，弹性偏置构件被布置成提供朝向阀门组合件的打开位置的偏置。这可以通过包括拉动或拉伸弹簧150作为弹性偏置构件来实现。
图10A和图10B示出在NO阀门组合件中，SMA元件140经由机械连接122被布置在印刷电路板130的前面表面上的第二啮合点132之间。
图10A和图10B示出在阀门打开时的状态中的常开阀门组合件。没有电力通过电触点135和136提供。因此，通过布置在PCB的前面和背面基底上的SMA元件142提供的力基本上是零。通过拉动弹簧150提供的力和流体入口111处的流体的压力大于零，并且因此将柱塞维持在阀门打开位置中。
图11A和图11B示出在阀门闭合或待闭合的情况中的本发明的常开阀门组合件。电流通过PCB 130上的电连接136被提供到第二啮合点132，通过后到达SMA元件140。施加到SMA元件140的电流为它们提供在第一和第二状态之间过渡所需的致动能量，使得它们在柱塞120上提供拉力。通过第一和第二SMA元件140提供的力大于通过弹簧150提供的力以及流体入口111处的流体压力。并且因此柱塞将被移动到闭合位置，由此关闭流体入口与流体出口之间的流体流动。
图12A和图12B示出在阀门闭合位置中的常开阀门组合件。可以看出电力经由电连接136通过第二啮合点132被提供到布置在PCB 130的前面表面和背面表面上的SMA元件140。继续的电力必须被提供到SMA元件以克服通过弹簧150提供的力，该弹簧发生偏置以将柱塞移动到阀门打开位置。
最后图13A和图13B示出在阀门打开或待打开的情况中的本发明的常开阀门组合件。当通过连接136供应的电源关闭时，布置在PCB的前面表面和背面表面上的SMA元件140将冷却。一旦它们冷却至低于它们的过渡温度，则它们所提供用以抵消弹簧力和流体入口111的压力的力将恢复到零。通过弹性偏置构件150以及在流体入口111处的流体的压力所提供的力将使得柱塞恢复到阀门打开位置。在通过SMA元件供应的力等于零的情况下，随后阀门将恢复到(通常)打开状态。
本发明的多功能阀门组合件可以应用于多重锁存阀门，如图14A中所见。图14A示出了当结合多重锁存阀门实施时本发明的多功能阀门组合件的经修改版本，在此特定情况中多重锁存阀门是双重锁存阀门。在欧洲专利EP 2724062 B1中描述了多重锁存阀门布置，该欧洲专利以引用的方式并入本文中。具体来说，就此而言参考在EP 2724062 B1的图1和图2中所说明的布置以及此类阀门布置的物理结构和控制方法的相关描述。阀门组合件200包括阀主体210，该阀主体接纳由支撑结构230支撑的柱塞220。支撑结构230优选地是PCB，该PCB支撑两个柱塞220。第一SMA机械和电连接231被布置在PCB 230的前面表面和背面表面上，并且第二机械和电连接232被布置在背面表面上，如在图14B中所示的分解视图中可见。磁体260被布置在远离阀主体的柱塞的端部处。SMA元件240可以经由柱塞220上的机械连接221而连接在机械和电连接231之间。磁体260固持柱塞220使得甚至在没有电力提供到SMA元件240时阀门也保持打开。
图14B示出了可以看到阀座的双重锁存阀门组合件的分解视图。当阀门需要处于闭合位置时，两个柱塞220施加压力到该座。为了操作阀门组合件，电力可以选择性地被提供到机械和电连接236以协作地或独立地移动形成双重锁存阀门组合件的柱塞220。如在图14C中可见，阀门包括两个流体出口211和一个流体入口212。当压力通过一个或两个柱塞220施加时，入口和出口之间的流体流动路径通过隔离膜闭合。这些在图14B中示出为出口端口211a和入口端口212a。阀门组合件200被布置成具有三个入口/出口端口，以及通过SMA元件240致动的两个柱塞。这两个柱塞用作闭合布置于阀主体中的第一和第二阀门孔口，使得四个操作位置成为可能。阀门的操作位置在下表中示出：
阀门孔口1 阀门孔口2
闭合 闭合
闭合 打开
打开 闭合
打开 打开
传感器(未示出)也优选地布置于图14A和图14B的阀门组合件中，位于磁体260与支撑结构之间。因此可以提供多个阀门，这些阀门流体地连接到多个孔口，并且能够通过它们的相应的SMA元件单独的或集体的致动，以提供多个可配置流动状况，例如，在上文所述的具体实例中。当柱塞处于打开位置时，传感器可以确定流体入口处的流体压力或力。此信息可以告知使用者涉及阀门压力状况的各种指标，例如，流速、阀门已经打开的时间等。
图15A示出根据本发明的另一个方面的阀门组合件的透视图。如从图15A中可见，阀门组合件300包括阀主体310以及被布置成在至少两个侧面上绕着柱塞320的支撑结构330。在此处使用的术语在一个或多个侧面上“绕着”意味着柱塞的一个或多个整体侧面沿着其长度通过支撑结构的一部分被侧接。SMA元件340被布置在支撑结构上。在图15中所示的阀门组合件中，如同在先前的实施例中，SMA元件340位于支撑结构330的外部。支撑结构330在远离阀主体310的部分处配备有组合式机械和电连接。将理解到的是，图15A中所示的实施例涉及常闭阀门组合件。将了解到的是，例如图15A中所见的支撑结构还可以被修改为常开或锁存阀门组合件，方法是将SMA元件的连接点布置到支撑结构和柱塞，如关于针对每种类型的阀门所描述的相关图1到图13B来进行描述的。比例控制也可以适用于形成比例控制阀。未在图15A中示出的是弹性偏置构件，该弹性偏置构件将阀门维持在其闭合位置中，该弹性偏置构件被布置在支撑结构330内。图15B中示出了图15A的阀门组合件的分解视图。可以看到隔离膜360，其中心升高部分被布置成用来打开和闭合阀门内的流体流动路径。
在图16A和图16B中可以看到本发明的另一实施例，其中结合夹管阀来使用阀门组合件400。在此装置中，阀主体用于接纳可以通过阀门组合件内的柱塞夹捏件425夹持或夹捏的软管415或者管，以便阻碍软管415中的流体流动。软管415被固持在阀主体410内，并且弹性偏置构件(未示出)施加力到柱塞420和柱塞夹捏件425，以将阀门保持在常闭(NC)位置中。
支撑结构430在至少两个侧面上并且任选地在全部侧面上绕着柱塞420，并且SMA元件440被安装在支撑结构430的外部上。
固持在机械和电触点431之间的SMA元件440可以在将电力施加到接触件之后被加热并且以上文所描述的方式改变状态。这可以提供的足够力以克服弹性偏置构件的力，以将柱塞420从闭合位置移动到打开位置并且通过释放软管415上的夹捏压力来打开阀门。
虽然在图16A和图16B中示出了阀主体和夹捏柱塞的特定形式和布置，但是将了解到的是，可以对所示出的装置作出美观性改变而同时仍然执行如在所附权利要求书中界定的本发明的功能。

Claims (30)

1.一种形状记忆合金致动阀门组合件，包括：
阀主体，其具有流体入口和流体出口；
柱塞，其被布置成打开和闭合所述入口与所述出口之间的流体流动路径，并且具有被配置成与形状记忆合金元件啮合以用于致动所述柱塞的至少一个机械连接；
支撑结构，其具有：
至少一个第一啮合点以用于将形状记忆合金元件耦合到所述支撑结构，以及
至少一个第二啮合点以用于将形状记忆合金元件耦合到所述支撑结构；
其中所述第一啮合点被布置成致动在所述第一啮合点与在所述柱塞上的机械连接点之间延伸的形状记忆合金元件，以移动所述柱塞来打开所述流体流动路径，并且
所述第二啮合点被布置成致动在所述第二啮合点与在所述柱塞上的机械连接点之间延伸的形状记忆合金元件，以移动所述柱塞来闭合所述流体流动路径。
2.根据权利要求1所述的形状记忆合金致动阀门组合件，其中，所述支撑结构包括多个第一啮合点。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的形状记忆合金致动阀门组合件，其中，所述支撑结构包括多个第二啮合点。
4.根据任一前述权利要求所述的形状记忆合金致动阀门组合件，其中，位于所述支撑结构上的接触件是电动机械接触件。
5.根据权利要求4所述的形状记忆合金致动阀门组合件，其中，所述支撑结构是印刷电路板。
6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的形状记忆合金致动阀门组合件，其中，所述阀门组合件包括第一形状记忆元件和第二形状记忆元件，所述第一形状记忆元件和所述第二形状记忆元件被布置成致动所述第一形状记忆合金元件，以打开所述流体流动路径，并且致动所述第二形状记忆合金元件，以闭合所述流体流动路径。
7.根据权利要求6所述的形状记忆合金致动阀门组合件，其中，所述第一形状记忆合金元件经由所述印刷电路板上的至少一个第一电连接被致动，并且所述第二形状记忆合金元件通过所述电路板上的至少一个第二电连接被致动。
8.根据任一前述权利要求所述的形状记忆合金致动阀门组合件，其中，所述印刷电路板包括在前面表面上的至少一个第一啮合点以及在背面表面上的至少一个第一啮合点。
9.根据任一前述权利要求所述的形状记忆合金致动阀门组合件，其中，所述印刷电路板包括在前面表面上的至少一个第二啮合点以及在背面表面上的至少一个第二啮合点。
10.根据权利要求7所述的形状记忆合金致动阀门组合件，进一步包括：第一形状记忆合金元件，其布置在所述前面表面上的第一啮合点与机械柱塞连接之间；以及第二形状记忆合金元件，其布置在所述背面表面上的第二啮合点与机械柱塞连接之间。
11.根据任一前述权利要求所述的形状记忆合金致动阀门组合件，其中，相对于所述支撑结构通过弹性偏置构件偏置所述柱塞。
12.根据权利要求11所述的形状记忆合金致动阀门组合件，其中，所述弹性偏置构件是弹簧。
13.根据权利要求11或根据权利要求12所述的形状记忆合金致动阀门组合件，其中，所述弹性偏置使所述柱塞朝向所述流体流动路径闭合的闭合位置偏置。
14.根据权利要求6到13中任一权利要求所述的形状记忆合金致动阀门组合件，进一步包括磁体，所述磁体被布置成啮合所述柱塞的上端。
15.根据权利要求14所述的形状记忆合金致动阀门组合件，其中，所述磁体是永磁体。
16.根据权利要求15所述的形状记忆合金致动阀门组合件，其中，所述阀门组合件被布置成致动所述第一形状记忆合金元件，以将所述柱塞拉动到与所述磁体接触，从而将所述柱塞固持在所述流体路径打开的打开位置中。
17.根据权利要求9到11中任一权利要求所述的形状记忆合金致动阀门组合件，进一步包括：第一形状记忆合金元件，其布置在所述前面表面上的第一啮合点与机械柱塞连接之间；以及第二形状记忆合金元件，其布置在所述背面表面上的第一啮合点与机械柱塞连接之间。
18.根据权利要求17所述的形状记忆合金致动阀门组合件，其中，所述阀门组合件被布置成致动所述第一形状记忆合金元件和所述第二形状记忆合金元件这两者，以打开所述流体流动路径。
19.根据权利要求18所述的形状记忆合金致动阀门组合件，其中，所述第一形状记忆合金元件和所述第二形状记忆合金元件通过所述电路板上的第一电连接来致动。
20.根据权利要求11所述的形状记忆合金致动阀门组合件，其中，所述弹性偏置构件使所述柱塞朝向所述流体流动路径打开的位置偏置。
21.根据权利要求20所述的形状记忆合金致动阀门组合件，进一步包括：第一形状记忆合金元件，其布置在所述前面表面上的第一啮合点与机械柱塞连接之间；以及第二形状记忆合金元件，其布置在所述背面表面上的第一啮合点与机械柱塞连接之间。
22.根据权利要求21所述的形状记忆合金致动阀门组合件，其中，所述阀门组合件被布置成致动所述第一形状记忆合金元件和第二形状记忆合金元件这两者，以闭合所述流体流动路径。
23.根据任一前述权利要求所述的形状记忆合金致动阀门组合件，进一步包括可变形膜，所述可变形膜安置在所述柱塞与所述阀主体之间。
24.根据权利要求5到23中任一权利要求所述的形状记忆合金致动阀门组合件，其中，所述印刷电路板被布置成将电流提供到所述形状记忆合金元件以便致动它们。
25.根据任一前述权利要求所述的形状记忆合金致动阀门组合件，其中，所述阀主体包括多个流体入口和流体出口，所述多个流体入口和流体出口界定多个流体流动路径。
26.根据权利要求10所述的形状记忆合金致动阀门组合件，其中，所述阀门组合件是多重锁存阀门组合件，其中所述阀主体包括多个流体入口和流体出口，所述多个流体入口和流体出口界定多个流体流动路径，其中所述阀门组合件包括多个柱塞，所述多个柱塞被布置成打开和闭合相应的流体流动路径，并且其中所述阀门组合件被布置成致动所述第一形状记忆合金元件，以打开所述流体流动路径中的一个或多个，并且致动所述第二形状记忆合金元件，以闭合所述流体流动路径中的一个或多个。
27.一种形状记忆合金致动阀门组合件，包括：
阀主体，其包括流体入口和流体出口；
支撑结构；
柱塞，其被布置在所述支撑结构的第一部分和第二部分之间，并且被布置成打开或闭合所述流体入口与所述流体出口之间的流体流动路径；
形状记忆合金元件，其提供在所述支撑结构与所述柱塞之间的机械连接并且被布置成相对于所述支撑结构致动所述柱塞，其中所述形状记忆合金元件位于所述支撑结构外部。
28.根据权利要求27所述的形状记忆合金致动阀门组合件，其中，所述支撑结构包括电动机械接触件以用于将所述形状记忆合金元件耦合到所述支撑结构。
29.根据权利要求27或权利要求28所述的形状记忆合金致动阀门组合件，其中，所述阀门组合件包括弹性偏置构件，所述弹性偏置构件朝向所述流体流动路径闭合的位置偏置所述柱塞。
30.一种用于根据权利要求1到26中任一权利要求所述的形状记忆合金致动阀门组合件的阀门子组合件，包括：
阀主体，其包括流体入口和流体出口以及在所述流体入口与所述流体出口之间的流动路径；
支撑结构，其具有：
柱塞接纳区域，其用于接纳可驱动以选择性地打开或闭合所述流体入口与所述流体出口之间的流动路径的柱塞；
至少一个第一啮合点，其用于将第一形状记忆合金元件耦合到位于所述阀主体的近端的所述支撑结构，以允许通过所述第一形状记忆合金元件来致动被接纳在所述柱塞接纳区域中的柱塞，以闭合所述流动路径；以及，
至少一个第二啮合点，其用于将第二形状记忆合金元件耦合到位于所述阀主体的远端的所述支撑结构，以允许通过所述第一形状记忆合金元件来致动被接纳在所述柱塞接收区域中的柱塞，以打开所述流动路径。
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