ES2243751T3 - Valvula. - Google Patents
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Abstract
Válvula para montar en un recipiente en cuyo interior existe presión acumulada, en particular una botella, con una caja de válvula (1) en la que está prevista al menos una válvula (23, 24) independiente de la presión de la botella, estando unida esta válvula (23, 24) independiente de la presión de la botella con un émbolo (28) que se desliza dentro de una cámara de cilindro (27) de la caja de válvula (1) que está situada entre el émbolo (28) y el contenido de la botella y, por otra parte, un acumulador de fuerza (39) variable respecto de su fuerza, ejerce presión sobre el émbolo (28), estando la cámara de cilindro (27) cerrada por una caja de resorte (34) y presentando esta caja de resorte (34) un taladro axial escalonado (35) en el que está alojado sustancialmente el acumulador de fuerza (39) variable respecto de su fuerza, caracterizada por que el acumulador de fuerza (39) en forma de resorte helicoidal rodea una pieza intermedia (36) y se apoya por una parte en una cabeza (37) de la pieza intermedia (36) y por otra en el émbolo (28), estando insertada en la cabeza (37) de la pieza intermedia (36) una espiga de accionamiento (48) que cierra una cámara de válvula (44) dentro de la pieza intermedia (36), en la que está dispuesta una válvula de retención (45, 46) y un resorte de compresión (46) apoya dentro de la cámara de válvula (44) contra un cono de válvula de retención (45) que cierra un taladro (42) de la pieza intermedia (36), deslizándose la pieza intermedia (36) de forma estanca dentro de un espacio anular (41) formado por una pared anular (40) que se eleva desde el pistón (28), extendiéndose el taladro (42) desde la válvula de retención hasta el espacio anular (41) y existiendo además un taladro oblicuo (49) que conecta el espacio anular (41) con una cámara de émbolo (26) dentro de la cual también se extiende la válvula (23, 24).
Description
Válvula.
La presente invención se refiere a una válvula
para montar en un recipiente en cuyo interior existe presión
acumulada, en particular una botella, con una caja de válvula en la
que está prevista al menos una válvula independiente de la presión
de la botella; esta válvula independiente de la presión de la
botella se encuentra unida a un émbolo que se desliza dentro de una
cámara de cilindro de la caja de válvula y está situada entre el
émbolo y el contenido de la botella y, por otra parte, un
acumulador de fuerza variable respecto de su fuerza, ejerce presión
sobre el émbolo; la cámara de cilindro está cerrado por una caja de
resorte y esta caja de resorte presenta un taladro axial escalonado
en el que está alojado sustancialmente el acumulador de fuerza
variable respecto de su fuerza.
En muchos casos del campo doméstico e industrial
se utilizan botellas a presión de acero o aluminio que están llenas
de gases para un consumo determinado. Estos gases están sometidos a
una presión de gas dentro de la botella de por ejemplo hasta 300
bar.
Como ejemplo se hace referencia a la utilización
de estas botellas en la industria de las bebidas. En muchas bebidas
se utiliza una botella de CO_{2} para añadir CO_{2} a la
bebida.
Otra aplicación esencial consiste en su
utilización en envases de bebidas como protección de la bebida
envasada hasta su consumo. Mediante la adición de un gas a presión
se impide el desarrollo de microorganismos.
Lo mismo ocurre con algunos gases medicinales,
por ejemplo para suministrar oxígeno adicional a personas. También
en este caso el oxígeno se suministra en botellas de gas a una
presión muy alta. Sin embargo, en el aparato de inhalación el gas
sólo debe presentar una presión considerablemente menor.
Dado que, como ya se ha mencionado más arriba, el
gas de las botellas está sometido a una presión muy alta, para
extraer el gas se requieren instalaciones reductoras con medidores
de caudal y manómetros, que hasta la fecha resultan muy
costosas.
Por ejemplo, el documento US 5520214 A da a
conocer una válvula para suministrar oxígeno a un paciente, en la
que dentro de un cuerpo de válvula están dispuestas una válvula de
llenado y una válvula de extracción regulable. Dentro de una cámara
de cilindro está alojado de forma flotante un émbolo que se apoya
contra un resorte helicoidal de presión regulable. Por otra parte,
el émbolo está unido de forma fija con la bola de una válvula de
bola. Delante de esta válvula de bola se encuentra el oxígeno que
se va a extraer de la botella.
El documento US 4815692 da a conocer una válvula
en la que un émbolo unido de forma fija con un cono de válvula, está
alojado de forma móvil en una cámara de cilindro en contra de la
fuerza de resortes de disco. El espacio se puede someter a presión
por el lado opuesto a los resortes de disco para levantar el cono
de válvula de su asiento y abrir una salida para un medio a
extraer.
El documento DE 1084215 B da a conocer una
válvula del tipo antes mencionado. Un émbolo que se apoya contra una
fuerza variable de un resorte helicoidal ejerce presión a través de
una espiga de husillo contra una espiga, a través de la cual un
cono de válvula puede levantarse de su asiento. Si la presión del
medio que entra en una cámara de cilindro es demasiado alta, el
émbolo es empujado hacia atrás contra los resortes regulables y al
mismo tiempo se reduce el tamaño de apertura del asiento de
válvula.
La presente invención tiene por objetivo
desarrollar una válvula reductora de presión que tenga una
construcción extraordinariamente sencilla y sea muy segura, y
también que pueda ser manejada por personas sin conocimientos
técnicos.
Este objetivo se resuelve de la siguiente manera:
el acumulador de fuerza en forma de resorte helicoidal rodea una
pieza intermedia y se apoya por una parte en una cabeza de la pieza
intermedia y por otra en el émbolo, y en la cabeza de la pieza
intermedia está insertada una espiga de accionamiento que cierra una
cámara de válvula dentro de la pieza intermedia, en la que está
dispuesta una válvula de retención y un resorte de compresión que
se apoya dentro de la cámara de válvula contra un cono de válvula
de retención que cierra un taladro de la pieza intermedia,
deslizándose la pieza intermedia de forma estanca dentro de un
espacio anular formado por una pared anular (40) que se eleva desde
el pistón, extendiéndose el taladro desde la válvula de retención
hasta el espacio anular y existiendo además un taladro oblicuo que
conecta el espacio anular con una cámara de émbolo en la que
también se extiende la
válvula.
válvula.
Por ejemplo, si el asiento de válvula deja de ser
estanco, a través del asiento de válvula sale gas a presión,
acumulando una presión elevada en la cámara de émbolo por debajo
del émbolo. Esta presión actúa en contra del acumulador de fuerza
que ejerce presión a su vez sobre el émbolo. Esto hace que el émbolo
se desplace, pero el cono de válvula permanece en su lugar. Debido
a este desplazamiento, el empujador se levanta de la pieza de
presión y abre el taladro oblicuo. La fuga de gas puede salir
entonces a través del taladro de descarga.
\newpage
El émbolo está guiado dentro de una cámara de
cilindro de la caja de válvula, donde está alojado de forma
prácticamente flotante entre el acumulador de presión que actúa
sobre él y el acumulador de presión que ejerce presión sobre el
cono de válvula.
Dado que el asiento de válvula es independiente
de la presión de la botella, la presión reinante en la propia
botella no tiene ninguna importancia. La válvula no se abre hasta
que el émbolo, a través de su conexión con un cono de la válvula,
levanta este cono de válvula del asiento permitiendo así el paso de
gas a presión. Sin embargo, el cono de válvula se levanta mediante
el acumulador de fuerza que ejerce presión sobre el émbolo, por lo
que para el levantamiento del cono de válvula sólo es decisiva esta
fuerza. De este modo se puede ajustar con exactitud la cantidad de
gas a presión deseada en cada caso.
El asiento de válvula está formado por el cono de
válvula recién mencionado, que se asienta en una abertura de taladro
de la caja de válvula. Preferentemente, el cono de válvula está
biselado, al igual que el borde de la abertura de taladro, con lo
que se produce un apoyo plano del cono de válvula en la abertura de
taladro.
El cono de válvula se encuentra preferentemente
en una carcasa de guía dispuesta dentro de la caja de válvula. En
esta carcasa de guía, el cono de válvula se apoya contra un
acumulador de fuerza. Como acumulador de fuerza se utiliza
preferentemente un resorte helicoidal. Esto significa que el cono de
válvula por una parte se mantiene en la posición de cierre bajo la
presión del acumulador de fuerza recién mencionado, pero por otra
parte en contra de esta presión actúa la presión del acumulador de
fuerza mencionado más arriba, que es transmitida al cono de válvula
a través del émbolo.
El cono de válvula está dispuesto además sobre un
empujador que está rodeado por el resorte helicoidal recién
mencionado y que está dispuesto dentro de la carcasa de guía y se
puede deslizar dentro de ésta. En el lado opuesto al asiento de
válvula está rodeado por una junta tórica que presenta el mismo
diámetro que el asiento de válvula. De este modo se compensa la
fuerza que actúa sobre el asiento de válvula debido a la presión
previa.
En la propia carcasa de guía están previstas
aberturas a través de las cuales el gas puede fluir desde el
interior de la botella hasta el interior de la carcasa de guía.
Para que no se produzca ningún arrastre de impurezas, las aberturas
están rodeadas por un anillo de filtro que preferentemente consiste
en un filtro sinterizado de alta presión.
La cámara de cilindro ha de estar cerrada por una
caja de resorte. Esta caja de resorte tiene un taladro escalonado en
el que está alojado sustancialmente el acumulador de fuerza
variable respecto de su fuerza. Este acumulador de fuerza, que está
configurado como resorte helicoidal y rodea una pieza intermedia,
apoyándose el acumulador de fuerza por una parte contra la cabeza de
la pieza intermedia y por otra contra el émbolo.
En la cabeza de la pieza intermedia está
insertada una espiga de accionamiento con la que el acumulador de
fuerza se puede someter a una tensión previa deseada, es decir, se
puede aumentar la presión del acumulador de fuerza. La espiga de
accionamiento cierra al mismo tiempo una cámara de válvula dentro de
la pieza intermedia, en la que está alojada una válvula de
retención. Detrás de la válvula de retención hay una conexión con
un aparato cualquiera que requiere el gas a presión con la presión
reducida.
La válvula de retención consiste en un cono de
válvula de retención que está sometido a la presión de un resorte de
compresión dentro de la cámara de válvula, con lo que cierra un
taladro de la pieza intermedia. Este taladro está conectado con la
antecámara de émbolo a través de un espacio anular dentro del
émbolo y un taladro oblicuo a través del mismo.
En caso de una extracción normal del gas a
presión, éste pasa a través de las aberturas de la carcasa de guía y
a través del asiento de válvula con el cono de válvula levantado
para llegar a la antecámara de émbolo, con lo que somete ésta a
presión. Si la presión es demasiado alta, el émbolo es desplazado en
contra de la fuerza del acumulador de fuerza que actúa sobre él, y
el asiento de válvula sigue bajo la presión de su acumulador de
fuerza y reduce el paso por el asiento de válvula hasta que el
sistema de regulación esté equilibrado.
El gas a presión llega entonces hasta el usuario
a través del taladro oblicuo, el espacio anular, el talado de la
pieza intermedia y la válvula de retención.
Si se ha de aumentar la presión, simplemente se
aumenta la presión del acumulador de fuerza que actúa sobre el
émbolo.
En el ejemplo de realización preferente, en la
caja de válvula también está prevista una válvula de llenado para la
botella de gas a presión, que también tiene asignada una válvula de
retención.
Las válvulas de este tipo se pueden utilizar en
todos aquellos casos en los que se requiera una regulación precisa
de determinadas presiones de gas. Esto es necesario en la industria
de las bebidas, pero también para practicar el buceo o en
aplicaciones médicas.
A continuación se hace referencia a la aplicación
en caso de oxígeno medicinal únicamente a modo de ejemplo. El aire
respirado por las personas contiene aproximadamente un 10% de
oxígeno atmosférico, con lo que satisface la demanda de oxígeno del
cuerpo humano. Por ejemplo en caso de enfermedades de las vías
respiratorias puede ser necesario enriquecer el aire respirado con
un mayor contenido de oxígeno. La presente tecnología de válvula
innovadora satisface todos los requisitos para que los pacientes
obtengan oxígeno sin límite de rendimiento hasta caudales elevados
de 0 a 20 l/min. La válvula de botella suministra oxígeno con
presión y caudal constante, posee una válvula de seguridad y una
válvula de rellenado y también tiene incorporado un filtro de
partículas. La válvula de seguridad asegura el suministro de una
presión máxima predeterminada de 2, 4, 6, 8 hasta 20 bar, en
función de la aplicación, incluso cuando la presión de la botella es
de aproximadamente 300 bar, sin que para ello sea necesario
accionar ningún elemento de regulación.
En los hogares en los que hasta ahora se
utilizaba un gasificador de CO_{2}, las botellas de gas equipadas
de este modo permiten cambiar a oxígeno sin necesidad de sustituir
los aparatos correspondientes.
Otras ventajas, características y detalles de la
invención se desprenden de la siguiente de descripción de ejemplos
de realización preferentes con referencia al dibujo. La única
figura del dibujo muestra una sección longitudinal a través de una
válvula según la invención para montarla sobre un recipiente.
La válvula según la invención R presenta una caja
de válvula 1 que por ejemplo se puede enroscar en un cuello de
botella a través de una rosca exterior 2. Está prevista una junta
tórica 3 para la estanqueidad con respecto al cuello de botella, no
mostrado en el dibujo.
Dentro de la caja de válvula 1 está dispuesto un
dispositivo para rellenar el recipiente. Este dispositivo presenta
una conexión de llenado 4 que está cerrada con un tapón 5. Un canal
6 se extiende desde la conexión de llenado 4 hasta una válvula de
retención 7. Esta válvula de retención 7 presenta una caja 8 que
está enroscada en la caja de válvula 1. Dentro de la caja 8 está
dispuesto un cuerpo de válvula 9 en el que está prevista una junta
tórica 10. La junta tórica 10 configura un asiento de válvula junto
con un borde de una escotadura 11, estando la escotadura 11
conectada con el canal 6.
En el lado opuesto a la junta tórica 10, el
cuerpo de válvula 9 se apoya contra un resorte helicoidal 12. Este
resorte helicoidal 12 aprieta la junta tórica 10 contra el borde de
la escotadura 11 para formar el asiento de válvula.
El cuerpo de válvula 9 también presenta orificios
13. El medio de llenado puede fluir a través de estos orificios 13
hasta el interior de la botella, no mostrada en el dibujo, tal como
se indica mediante la flecha 14.
Junto a la válvula de retención 7 se encuentra
una carcasa de guía 15, que también está insertada en la caja de
válvula 1. Esta carcasa de guía 15 presenta una escotadura
escalonada 16 que tiene aberturas 17 hacia el interior de la
botella. Estas aberturas 17 están cubiertas por un anillo de filtro
18.
Dentro de la escotadura escalonada 16 está
dispuesto un empujador 19 rodeado por una junta tórica 20. Sobre la
junta tórica 20 está apoyado un anillo 21 contra el que se apoya a
su vez un resorte helicoidal 22.
Por otra parte, el resorte helicoidal 25 agarra
la parte inferior de un cono de válvula 23 que está alojado en una
abertura 24 de un taladro cónico 25. Este taladro cónico 25 está
conectado con una cámara de émbolo 26 dentro de una cámara de
cilindro 27. Un émbolo 28 se desliza dentro de la cámara de cilindro
27, apoyado por su perímetro por una junta tórica 29.
Una pieza de presión 30, que está unida con el
cono de válvula 23 a través de un empujador 31, entra en el émbolo
28 desde el cono de válvula 23. Esta pieza de presión 30 cierra un
taladro oblicuo 32 que se puede comunicar con un taladro de
descarga 33. El taladro de descarga 33 se encuentra en una caja de
resorte 34 que está enroscada en la caja de válvula 1 y cierra la
cámara de cilindro 27.
En la caja de resorte 34 está previsto un taladro
escalonado 35 que atraviesa axialmente la caja de resorte 34. El
taladro oblicuo 32 se puede comunicar con el taladro de descarga 33
a través de este taladro escalonado 35.
Dentro del taladro escalonado 35 está alojada una
pieza intermedia 36 que se apoya con una cabeza 37 en un borde
interior 38 del taladro escalonado 35. En el lado opuesto al borde
interior 38, bajo la cabeza 37 está dispuesto un resorte helicoidal
39 que rodea la pieza intermedia 36 y se apoya por el otro lado
contra el émbolo 28. El resorte helicoidal 39 también rodea una
pared anular 40 que sobresale del émbolo 28 y configura un espacio
anular 41.
La pieza intermedia 36 se desliza dentro del
espacio anular 41, y entre el espacio anular 41 y una válvula de
retención 43 se extiende un taladro axial 42. Para ello, dentro de
una cámara de válvula 44 está dispuesto un cono de válvula de
retención 45 que se apoya contra un resorte de compresión 46. Una
cara frontal del cono de válvula de retención 45 está provista de
una junta tórica 47 enfrentada al taladro axial 42.
La parte superior de la cámara de válvula 44 está
cerrada por una espiga de accionamiento 48 que también se desliza
dentro del taladro escalonado 35.
Por lo demás, el espacio anular 41 está conectado
con la cámara de émbolo 26 a través de otro taladro oblicuo 49.
La presente válvula según la invención funciona
de la siguiente manera:
En la situación normal, una botella se llena con
un medio a través de la conexión de llenado 4 y la válvula de
retención 7, quedando el medio sometido a una presión
predeterminada dentro de la botella. En toda la gama de presiones de
la botella se ha de suministrar de forma constante una presión
posterior predeterminada por el resorte helicoidal 39 y el
recorrido máximo "a" de la espiga de presión 48.
El cono de válvula 23 está sometido a la presión
del resorte helicoidal 22, de modo que aquí no influye la presión de
la botella y el sistema de regulación es estable con respecto a la
presión posterior. La junta tórica 20 tiene el mismo tamaño que el
asiento de válvula 24/23, con lo que se compensa la fuerza que
actúa sobre el asiento de válvula por la presión previa.
Si se ha de reducir la presión, se acciona la
espiga de accionamiento 48 y se reduce el recorrido "a". La
espiga de accionamiento 48 aprieta la pieza intermedia 36 y tensa
el resorte helicoidal 39 que actúa sobre el émbolo 28. El émbolo 28
ejerce presión sobre el cono de válvula 23 a través de la pieza de
presión 30 y el empujador 31, de modo que el gas puede fluir a
través de las aberturas 17 y a través del asiento de válvula 23/24
y el taladro 25 hasta el interior de la cámara de émbolo 26. Esto
tiene lugar hasta que debajo del émbolo 28 se acumula suficiente
presión para contrarrestar la fuerza del resorte 39
pre-tensado y reducir con ello la abertura del
asiento de válvula 23/24.
El gas fluye después a través del taladro oblicuo
49 y entra en el espacio anular 41, y desde allí pasa por la
válvula de retención 43 y llega a un aparato conectado no mostrado
en la figura. Esto hace que la presión sobre el émbolo disminuya de
nuevo, con lo que vuelve a predominar la fuerza del resorte
helicoidal 39 y se vuelve a producir una apertura del asiento de
válvula 23/24. De este modo, el sistema de regulación está
equilibrado.
En este caso también es importante el asiento de
válvula de seguridad, que está formado por la pieza de presión 30 y
el taladro oblicuo 32. Por ejemplo, si el cono de válvula 23 y/o
el asiento de válvula 23/24 pierden la estanqueidad, el gas fluye
debajo del émbolo 28, que se desplaza hacia el resorte helicoidal
39. De este modo, la pieza de presión 30 abre el cierre del taladro
oblicuo 32, de forma que el gas de fuga puede fluir a través del
taladro oblicuo 32 y pasar al taladro escalonado 35 de la caja de
resorte 34, y desde allí salir al exterior a través del taladro de
descarga 33.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Claims (8)
1. Válvula para montar en un recipiente en cuyo
interior existe presión acumulada, en particular una botella, con
una caja de válvula (1) en la que está prevista al menos una
válvula (23, 24) independiente de la presión de la botella, estando
unida esta válvula (23, 24) independiente de la presión de la
botella con un émbolo (28) que se desliza dentro de una cámara de
cilindro (27) de la caja de válvula (1) que está situada entre el
émbolo (28) y el contenido de la botella y, por otra parte, un
acumulador de fuerza (39) variable respecto de su fuerza, ejerce
presión sobre el émbolo (28), estando la cámara de cilindro (27)
cerrada por una caja de resorte (34) y presentando esta caja de
resorte (34) un taladro axial escalonado (35) en el que está
alojado sustancialmente el acumulador de fuerza (39) variable
respecto de su fuerza,
caracterizada
porque
- el acumulador de fuerza (39) en forma de resorte helicoidal rodea una pieza intermedia (36) y se apoya por una parte en una cabeza (37) de la pieza intermedia (36) y por otra en el émbolo (28), estando insertada en la cabeza (37) de la pieza intermedia (36) una espiga de accionamiento (48) que cierra una cámara de válvula (44) dentro de la pieza intermedia (36), en la que está dispuesta una válvula de retención (45, 46) y un resorte de compresión (46) apoya dentro de la cámara de válvula (44) contra un cono de válvula de retención (45) que cierra un taladro (42) de la pieza intermedia (36), deslizándose la pieza intermedia (36) de forma estanca dentro de un espacio anular (41) formado por una pared anular (40) que se eleva desde el pistón (28), extendiéndose el taladro (42) desde la válvula de retención hasta el espacio anular (41) y existiendo además un taladro oblicuo (49) que conecta el espacio anular (41) con una cámara de émbolo (26) dentro de la cual también se extiende la válvula (23, 24).
2. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque un cono de válvula (23) de la válvula
(23, 24) cierra un taladro oblicuo (32) del émbolo (28) mediante un
empujador (31), estando conectado el taladro oblicuo (32) con un
taladro de descarga (33) de la caja de válvula (1) o con una caja de
resorte (34).
3. Válvula según la reivindicación 2,
caracterizada porque el cono de válvula (23) se apoya contra
un acumulador de fuerza (22) en una carcasa de guía (15) insertada
en la caja de válvula (1).
4. Válvula según la reivindicación 3,
caracterizada porque el cono de válvula (23) está dispuesto
sobre un empujador (19) que dado el caso está rodeado por un
resorte helicoidal (22) como acumulador de fuerza y que se desliza
en una junta tórica (20) que presenta el mismo diámetro interior que
la abertura del taladro (24).
5. Válvula según la reivindicación 3 ó 4,
caracterizada porque la carcasa de guía (15) presenta al
menos una abertura (17) al interior de la botella.
6. Válvula según la reivindicación 5,
caracterizada porque la abertura (17) está cubierta por un
filtro (18).
7. Válvula según una de las reivindicaciones 1 a
6, caracterizada porque en la caja de válvula (1) también
está prevista una válvula de llenado.
8. Válvula según la reivindicación 7,
caracterizada porque la válvula de llenado está configurada
como válvula de retención (7).
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