ES2247836T3 - Valvula de lamina accionada electricamente. - Google Patents
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Abstract
Una válvula accionada eléctricamente que comprende, a) una cámara de válvula que consiste en un volumen encerrado que tiene una entrada (3) y una salida (4), siendo parte de la superficie límite interior del volumen una superficie plana (9) de asiento de válvula, b) estando dicho paso de salida (4) entre el interior y el exterior de la cámara de válvula, siendo el extremo interior del paso de salida (4) un agujero de salida en la superficie (9) de asiento de válvula, c) una lámina o lengüeta flexible y plana (7, 12), preferiblemente de acero inoxidable, sujeta en uno o más puntos a la superficie (9) de asiento de válvula, y que se extiende sobre el agujero de salida de manera que el agujero de salida es cubierto y obturado por la lámina (7, 12) a menos que se aplique fuerza a la lámina (7, 12) para elevarla separándola de la superficie (9) de asiento de válvula, caracterizada porque la válvula comprende además, d) un accionador electromecánico para aplicar fuerza a la lámina (7, 12) para elevarla separándola de la superficie (9) de asiento de válvula y por tanto descubrir el agujero de salida, consistiendo el accionador electromecánico en; un recorrido ferromagnético (2) para flujo magnético, teniendo dicho recorrido (2) un hueco dentro del que está todo o parte de la lámina (7, 12), un rebaje (5) en dicha superficie (9) de asiento de válvula; estando el rebaje (5) situado debajo de la parte de la lámina (7, 12) que está dentro de dicho hueco, un pistón ferromagnético (6) dentro de dicho rebaje (5) y libre para moverse en una dirección perpendicular a dicha superficie (9) de asiento de válvula, una bobina (1) de cable eléctricamente conductor situada de manera que la corriente eléctrica que fluye a través del cable genera un campo magnético en dicho hueco.
Description
Válvula de lámina accionada eléctricamente.
Este invento se refiere generalmente a válvulas
electromecánicas. El invento es particularmente adecuado para
servir como una válvula de expansión electromecánica de impulsos en
un refrigerador, bomba de calor o acondicionador de aire.
Válvulas electromecánicas de la técnica anterior
acordes con el preámbulo de la reivindicación 1 se conocen, por
ejemplo, del documento US-A-3 584
650.
Se usan válvulas electromecánicas en gran número
de una amplia gama de aplicaciones de control de flujo de gas y
fluido. Las propiedades deseables para tales válvulas son:
bajas fugas;
rápido tiempo de respuesta;
bajo consumo de potencia;
larga vida;
bajo coste; y
capacidad para abrirse con alta diferencia de
presión a través de la válvula.
El tipo más común de válvula electromecánica de
la técnica anterior es accionada por un solenoide. Las válvulas
accionadas por solenoide tienen una vida definitivamente limitada,
pueden usar una potencia significativa, son lentas en responder
excepto en tamaños pequeños, y requieren un diseño especial si van
a ser capaces de abrirse con alta diferencia de presión a través de
la válvula. El presente invento no tiene estas limitaciones; usa
poca potencia, responde rápidamente, abre fácilmente con alta
diferencia de presión a través de la válvula, es económica y se
cree que tiene una vida prácticamente ilimitada. Estos atributos
la hacen adecuada para aplicaciones generales, pero particularmente
adecuada como una válvula de expansión por impulsos para
refrigeración y acondicionamiento de aire (Patente de EEUU
4.459.819). Una válvula de expansión de impulsos debe funcionar de
manera fiable durante años, ser muy económica, ser capaz de abrirse
con una diferencia de presión de al menos 20,7 bar (300 psi), tener
una respuesta rápida al voltaje que actúa y tener fugas muy
pequeñas. Ninguna válvula electromecánica de la técnica anterior
tiene todas estas propiedades. Por esta razón, entre otras, las
válvulas de expansión de impulsos no son de uso común a pesar de
sus ventajas de ahorro de energía. El presente invento, por lo
tanto, encuentra una condición hasta ahora insatisfecha para una
válvula de expansión de impulsos práctica.
El invento usa una lámina flexible y delgada de
acero para obturar y abrir un agujero en una superficie de apoyo. A
diferencia de válvulas de lámina de la técnica anterior, que son
válvulas antirretorno pasivas que se abren por presión y cierran
por elasticidad de la lámina incrementada por la presión inversa, la
lámina usada en el invento es abierta por un simple accionador
electromagnético. La presión a través de una válvula de acuerdo
con el invento es normalmente en el sentido que mantiene la válvula
cerrada. La válvula es mantenida cerrada, por tanto, por presión y
por fuerza elástica de la lámina a menos que el accionador
electromagnético sea excitado, tras lo cual la válvula es obligada a
abrirse por fuerzas magnéticas que actúan en un pequeño pistón
ferromagnético. Cuando el accionador deja de ser excitado, la
válvula se cierra como respuesta a la presión y la fuerza elástica
de la propia lámina.
El invento básico es una válvula unidireccional,
es decir, hace pasar el flujo sólo en una dirección. Una válvula
bidireccional, tal como la necesaria para una válvula de expansión
de impulsos en una bomba de calor, puede ser hecha conectando dos
válvulas básicas acordes con el invento adosadas, con cualquiera de
las dos salidas o las dos entradas conectadas por un paso. En la
realización bidireccional, el accionador de una de las válvulas
básicas es excitado para abrir esa válvula y la otra válvula actúa
como una válvula antirretorno pasiva.
La figura 1A es una vista en sección transversal
de una válvula unidireccional básica acorde con el invento. En esta
realización, la bobina de cable que lleva la corriente eléctrica
que crea el campo magnético para abrir la válvula está situada
dentro de la cámara de la válvula y está inmersa en el fluido o
vapor que se hace pasar por la válvula.
La figura 1B es una vista en planta de la
superficie de asiento de la válvula de la realización de la figura
1A.
La figura 2A es una vista en sección transversal
de una realización preferida de una válvula unidireccional acorde
con el invento. En esta realización, la bobina de cable que lleva
la corriente eléctrica que crea la fuerza magnética para abrir la
válvula está fuera de la cámara de la válvula.
La figura 2B es una vista en planta de la
superficie de asiento de la válvula de la realización mostrada en la
figura 2A.
La figura 2C es una vista en sección transversal
de otra realización preferida del invento, en la que la bobina que
lleva la corriente eléctrica que crea la fuerza magnética para
abrir la válvula está fuera de la cámara de la válvula, y la propia
cámara de la válvula tiene una forma tubular que está bien adaptada
a una fabricación económica.
La figura 3 es una válvula bidireccional, en la
que las entradas de dos válvulas unidireccionales acordes con el
invento están conectadas por un paso.
La figura 4 es una válvula bidireccional, en la
que las salidas de las dos válvulas unidireccionales acordes con el
invento están conectadas por un paso.
Las figuras 1A y 1B son una realización básica
del invento, en las que 2 es un recorrido ferromagnético para flujo
magnético. 2 forma una cámara cerrada de válvula que es simétrica
axialmente alrededor del eje A-A y tiene un paso de
entrada 3 y un paso de salida 4. El paso de salida 4 está bloqueado
por una lámina de metal 7 a menos que un voltaje de excitación se
aplique a los terminales T, que están conectados por pasantes de
alimentación F a los extremos de la bobina 1. Tras la aplicación
de voltaje a los terminales T, la corriente eléctrica fluye en la
bobina 1 y genera un campo magnético en 2 que ejerce una fuerza,
dirigida hacia la derecha en la figura 1A, en el pistón
ferromagnético 6. Como el pistón 6 es libre para moverse en el
cilindro 5, cualquier fuerza magnética en él es aplicada a la
lámina 7, que entonces se dobla alrededor del punto en el que está
sujeta a la superficie 9 de asiento de válvula por la fijación 8,
desbloqueando, por tanto, el paso de salida 4. Cuando el voltaje de
excitación es retirado, las fuerzas elásticas en la lámina 7 la
enderezan y provocan que el paso de salida 4 sea bloqueada de
nuevo.
Las figuras 2A y 2B muestran una realización
preferida del invento, en la que la bobina 1 está fuera de la cámara
de la válvula. Esta construcción reduce costes al eliminar los
pasantes de alimentación F. La realización preferida difiere
también de la realización de la figura 1 por la adicción de una
lámina falsa 12, cuyo propósito es contrarrestar el par aplicado al
pistón 6 por la lámina activa 7 cuando la bobina 1 es excitada con
voltaje en los terminales T.
En la realización preferida, se forma una cámara
de válvula por una copa delgada 10 no ferromagnética con paredes,
que está sujeta a la superficie 9 del asiento de válvula por un
retén impermeable 11, que puede ser una unión soldada o soldada con
cobre.
También en la realización preferida, el recorrido
de flujo ferromagnético es en dos partes; 13A que está completamente
fuera de la cámara de válvula y 13B, que incluye una superficie 9 de
asiento de válvula y el cilindro 5 dentro del cual el pistón
ferromagnético 6 es libre para moverse en vaivén en la dirección del
eje AA. El recorrido 13A de flujo no es necesariamente simétrico
axialmente; puede por ejemplo ser una pila de láminas de acero
eléctricas con forma de E como se muestra en la figura 2A, con la
bobina 1 enrollada alrededor de la pata central como se
muestra.
La figura 2C muestra otra realización preferida
que está bien adaptada para la fabricación económica. En esta
realización, la cámara de válvula tiene una forma tubular y la
bobina 1 es externa a la cámara. Como el pistón ferromagnético 6
está sujeto a la lámina 7 en esta realización, no se necesita una
lámina pasiva (12 en las figuras 2A y 2B) para equilibrar el par en
el pistón 6.
Ninguna de las realizaciones básica o preferidas
del invento, como se han descrito hasta ahora, funcionará si la
presión en la salida es mayor que la presión en la entrada, ya que
en ese caso la fuerza por presión abrirá la válvula incluso sin
corriente a través de la bobina 1. En algunas aplicaciones se
necesita por ejemplo una válvula de expansión de impulsos para una
bomba de calor, una válvula electromagnética bidireccional que
bloquea o desbloquea un paso, y que funcionará sin importar qué
extremo del paso está a mayor presión. Las figuras 3 y 4 muestran
dos maneras de realizar una válvula bidireccional. Cada una usa
dos válvulas acordes con cualquiera de las realizaciones preferidas
o básica como se ha descrito previamente en esta memoria. En la
figura 3, las salidas de las válvulas individuales VA1 y VA2 están
conectadas por un paso, y cada una de las dos entradas de las
válvulas individuales funciona bien como entrada o como salida de
la válvula bidireccional, dependiendo de cual está a mayor presión.
Si la mayor presión está en la entrada de VA1, el flujo desde VA1 a
VA2 se hace pasar o es bloqueado excitando respectivamente o
dejando de excitar VA2 con un voltaje VP, y VA1 es abierta por
fuerzas de presión. Si la mayor presión está en VA2, el flujo
desde VA2 a VA1 es controlado por VA1, y VA2 es abierta por fuerzas
de presión. El interruptor DPDT 14 dirige el voltaje de excitación
VP bien a la válvula de la derecha o de la izquierda de acuerdo a
si la mayor presión está a la izquierda o la derecha. En la
aplicación a una válvula de expansión de una bomba de calor la
posición del interruptor 15 será cambiada cuando se cambie entre
enfriar o calentar. La realización bidireccional de la figura 4
funciona similarmente a la de la figura 3. Difiere de la figura 3
en que las entradas de las válvulas individuales VA3 y VA4 están
conectadas y las conexiones entrada/salida de la válvula
bidireccional son las entradas de VA3 y VA4.
Las válvulas bidirecionales de las figuras 3 y 4
funcionarán y se evitará el coste del interruptor 15, si las
bobinas de VA1 y VA2 son excitadas simultáneamente para cada
sentido del flujo. Este procedimiento gasta la pequeña cantidad de
energía requerida para excitar la válvula que abriría
espontáneamente como una válvula antirretorno pasiva, pero puede ser
justificada al eliminar el coste y posible degradación de
fiabilidad asociados con el interruptor 15.
Claims (3)
1. Una válvula accionada eléctricamente que
comprende,
- a)
- una cámara de válvula que consiste en un volumen encerrado que tiene una entrada (3) y una salida (4), siendo parte de la superficie límite interior del volumen una superficie plana (9) de asiento de válvula,
- b)
- estando dicho paso de salida (4) entre el interior y el exterior de la cámara de válvula, siendo el extremo interior del paso de salida (4) un agujero de salida en la superficie (9) de asiento de válvula,
- c)
- una lámina o lengüeta flexible y plana (7, 12), preferiblemente de acero inoxidable, sujeta en uno o más puntos a la superficie (9) de asiento de válvula, y que se extiende sobre el agujero de salida de manera que el agujero de salida es cubierto y obturado por la lámina (7, 12) a menos que se aplique fuerza a la lámina (7, 12) para elevarla separándola de la superficie (9) de asiento de válvula, caracterizada porque la válvula comprende además,
- d)
- un accionador electromecánico para aplicar fuerza a la lámina (7, 12) para elevarla separándola de la superficie (9) de asiento de válvula y por tanto descubrir el agujero de salida, consistiendo el accionador electromecánico en;
- un recorrido ferromagnético (2) para flujo magnético, teniendo dicho recorrido (2) un hueco dentro del que está todo o parte de la lámina (7, 12),
- un rebaje (5) en dicha superficie (9) de asiento de válvula; estando el rebaje (5) situado debajo de la parte de la lámina (7, 12) que está dentro de dicho hueco,
- un pistón ferromagnético (6) dentro de dicho rebaje (5) y libre para moverse en una dirección perpendicular a dicha superficie (9) de asiento de válvula,
- una bobina (1) de cable eléctricamente conductor situada de manera que la corriente eléctrica que fluye a través del cable genera un campo magnético en dicho hueco.
2. Una válvula bidireccional accionada
eléctricamente, caracterizada porque comprende una primera
válvula accionada eléctricamente acorde con la reivindicación 1,
cuya salida (4) está conectada a través de un paso a la salida (4)
de una segunda válvula accionada eléctricamente acorde con la
reivindicación 1.
3. Una válvula accionada eléctricamente,
caracterizada porque comprende una primera válvula accionada
eléctricamente acorde con la reivindicación 1, cuya salida (3) está
conectada a través de un paso a la entrada (3) de una segunda
válvula accionada eléctricamente acorde con la reivindicación 1.
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