Válvula de control para la regulación de un fluido (100a; 100b),

comprendiendo: - un alojamiento (200, 300) con una región ascendente (102) y una región descendente (104) y con un orificio de control (110, 110a, 110b) formado en ésta adyacente a la región inferior; - un pistón (204) dispuesto de forma deslizable al interior del alojamiento, el pistón presentando una vía de paso fluido, a través de la cual pasa el flujo controlado, definiendo una región intermedia dispuesta entre la región ascendente y la región descendente; - una porción de pestaña (232) con un lado superior (248) y un lado inferior (250) y una porción de vástago (234) con un borde (231, 320) adyacente a la región ascendente; - un elemento elástico (208, 306) dispuesto al interior del alojamiento para una traslación opuesta del pistón al interior del alojamiento; - un elemento de estrangulación (202, 302) adyacente a la región superior, el elemento de estrangulación presentando una superficie de estrangulación (224, 318) adyacente al borde del pistón, la superficie de estrangulación (224, 318) y el borde (321, 320) definiendo un orificio de estrangulación entre éstos; y - una abertura de ecualización (242, 328) formada en el alojamiento para permitir que un fluido en la región inferior se introduzca en una cámara de ecualización (246, 326) definida por una región entre una superficie interna del alojamiento y una superficie exterior del pistón, de manera tal que la diferencia de presión a través de la parte de pestaña (232) es igual a la diferencia de presión a través del orificio de control (110, 110a, 110b)

Aparato de regulación del flujo en un sistema de calentamiento o de enfriamiento.

Campo técnico de la invención

Esta invención se refiere generalmente al campo del flujo del fluido y más específicamente, a un aparato para la regulación de un flujo en un sistema de calentamiento o de enfriamiento.

Antecedentes de la invención

Las válvulas de fluido se usan extensamente en la industria para muchas aplicaciones. Un ejemplo es el uso de válvulas de fluido en sistemas de intercambio térmico en edificios para fines de calentamiento o de enfriamiento. En muchas aplicaciones, se desea frecuentemente mantener una velocidad de flujo constante a través de una válvula de fluido a pesar de las fluctuaciones que pueden ocurrir en la presión del fluido ascendente o descendente. También se desea en algunos ejemplos poder ajustar la velocidad del flujo a través de una válvula.

Algunas válvulas anteriores consiguen un flujo constante intentando mantener una presión diferencial constante a través de un orificio de control para que la presión diferencial pueda actuar sobre un pistón opuesto por un elemento elástico de fuerza casi constante. El movimiento de dicho pistón controla el tamaño de una restricción de estrangulación, que se coloca descendente del orificio de control. Una consecuencia de esto es que un borde del pistón adyacente a la restricción de estrangulación actúa por medio de la presión hacia abajo, que es inferior a cualquiera de las presiones que afectan la regulación prevista. Esta presión inferior tiende a causar la restricción de estrangulación para cerrar más de lo requerido para una regulación apropiada, produciendo un flujo inferior al flujo previsto. Las fuerzas dinámicas que emanan del flujo del fluido tienden también a reducir la presión que actúa sobre la restricción de estrangulación debido al principio de Bernoulli. El error es mayor a medida que la diferencia de presión total a través del dispositivo se incrementa. Este fenómeno se conoce como "pandeo" y se realizaron varios intentos para limitar su efecto. Tales intentos anteriores, no obstante, sólo han funcionado correctamente para una velocidad de flujo particular, como en el caso del modelo especial de aberturas descrito en la patente US Nº 4,080,993 titulada Válvula de control de flujo en línea, de Charles F. Lind.

También la patente US 4,440,192 muestra un diseño donde el agua fluye alrededor del exterior del pistón y este diseño presenta problemas importantes con pandeo en ajustes de flujo elevado - véase Fig. 4 - y el resultado será que la válvula va a vibrar e incluso martillear en un flujo superior.

La patente estadounidense 5,904,177 muestra otro principio para la regulación del flujo. La patente expone un pistón en forma de T, pero en una válvula que funciona según un principio diferente. En vez de mantener una presión constante a través del orificio de control, el pistón se mueve en respuesta a una presión variable para cambiar el tamaño del orificio.

Resumen de la invención

El objetivo de la invención consiste en proveer un aparato para la regulación de un flujo en un sistema de calentamiento o de enfriamiento, mediante el cual se eliminan los problemas mencionados anteriormente.

El objetivo de la invención se consigue con un aparato para la regulación de un flujo en un sistema de calentamiento o de enfriamiento, que se caracteriza por lo que se presenta en las reivindicaciones.

Unas formas de realización de la invención proveen numerosas ventajas técnicas. Unas formas de realización de la invención pueden incluir todas, alguna o ninguna de estas ventajas. Por ejemplo, una forma de realización de la invención permite la regulación de flujo mejorado sobre una amplia gama de flujos para un dispositivo único mediante la disposición de un elemento de estrangulación ascendente de un orificio de control y el equilibrado de las fuerzas dinámicas que emanan del flujo con respecto a las fuerzas que emanan de la presión más alta. Por estrangulación contra una presión que es superior, de preferencia en vez de inferior, a la presión intermedia, el dispositivo tiene tendencia a ser perturbado en una posición más abierta, en vez de una posición más cerrada. Esta tendencia se puede equilibrar después por las reducciones de presión obtenidas a partir de la velocidad fluida para conseguir una velocidad de flujo constante. Con la obtención de este equilibrio, el borde de estrangulación no debe ser fino, como era el caso con muchos dispositivos anteriores. Evitando este borde fino, se mejora la durabilidad y fabricación del dispositivo.

La presente invención también reduce el riesgo de cavitación. Esto se debe a que la caída de presión mayor a través de la parte de estrangulación ocurre antes de la caída de presión menor a través del orificio de control.

Otras ventajas técnicas son fácilmente visibles por un experto en el arte a partir de las figuras, descripciones y reivindicaciones siguientes.

Breve descripción del dibujo

Para una comprensión más completa de la invención, y para más características y ventajas, se hace referencia ahora a la siguiente descripción, teniendo en cuenta conjuntamente los dibujos anexos, en los que:

La figura 1 es un diagrama de bloques de una válvula de control para la regulación del flujo que posee un orificio de estrangulación situado ascendente a partir de un orificio de control según una forma de realización de la presente invención;

La figura 2A es una vista de sección transversal de una forma de realización de la válvula de control para la regulación del flujo en la figura 1 que ilustra un pistón en una primera posición;

la figura 2B es una vista de sección transversal de la válvula de control para la regulación del flujo en la figura 2A que ilustra el pistón en una segunda posición;

la figura 3A es una vista de sección transversal de otra forma de realización de la válvula de control para la regulación del flujo en la figura 1 que ilustra un pistón en una primera posición;

la figura 3B es una vista de sección transversal de la válvula de control para la regulación del flujo en la figura 3A que ¡lustra el pistón en una segunda posición;

la figura 4 es un gráfico de la velocidad de flujo versus la diferencia de presión según una forma de realización de la presente invención;

la figura 5A es una vista en elevación de un elemento de estrangulación según una forma de realización de la presente invención; y

la figura 5B es una vista de sección transversal del elemento de estrangulación de la figura 5A.

Descripción detallada de formas de realización ejemplares de la invención

Se entienden mejor las formas de realización ejemplares de la presente invención y sus ventajas en referencia ahora a las figuras 1 a 5B de los dibujos, en los que los números se refieren a partes similares.

La figura 1 es un diagrama de bloques de una válvula de control para la regulación del flujo 100 según una forma de realización de la presente invención. La válvula de control 100 recibe el fluido de una región ascendente 102 y lo transporta hasta una región descendente 104. La válvula de control incluye un orificio de estrangulación 108, un orificio de control 110, y una región intermedia 103 dispuesta entre el orificio de estrangulación 108 y el orificio de control 110. Aunque no se ha ilustrado explícitamente en la figura 1, la válvula de control 100 incluye otros componentes, como se describe más detalladamente a continuación. Cualquier fluido adecuado fluye en la dirección de la flecha 106 desde la región ascendente 102 hacia la región descendente 104.

Según las instrucciones de la presente invención, el orificio de estrangulación 108 se posiciona ascendente a partir del orificio de control 110 opuesto a unas válvulas de control anteriores que tienen el orificio de control ascendente a partir del orificio de estrangulamiento. El orificio de estrangulación 108 y el orificio de control 110 se describen los dos más detalladamente a continuación. No obstante, generalmente, el orificio de estrangulación 108 se adapta para cambiar dinámicamente su tamaño en respuesta a un cambio de presión de un fluido en una región superior 102, y el orificio de control 110 se ajusta a un tamaño predeterminado para regular una velocidad de flujo del fluido que fluye a través de la válvula...

1. Válvula de control para la regulación de un fluido (100a; 100b), comprendiendo:

- un alojamiento (200, 300) con una región ascendente (102) y una región descendente (104) y con un orificio de control (110, 110a, 110b) formado en ésta adyacente a la región inferior;

- un pistón (204) dispuesto de forma deslizable al interior del alojamiento, el pistón presentando una vía de paso fluido, a través de la cual pasa el flujo controlado, definiendo una región intermedia dispuesta entre la región ascendente y la región descendente;

- una porción de pestaña (232) con un lado superior (248) y un lado inferior (250) y una porción de vástago (234) con un borde (231, 320) adyacente a la región ascendente;

- un elemento elástico (208, 306) dispuesto al interior del alojamiento para una traslación opuesta del pistón al interior del alojamiento;

- un elemento de estrangulación (202, 302) adyacente a la región superior, el elemento de estrangulación presentando una superficie de estrangulación (224, 318) adyacente al borde del pistón, la superficie de estrangulación (224, 318) y el borde (321, 320) definiendo un orificio de estrangulación entre éstos; y

- una abertura de ecualización (242, 328) formada en el alojamiento para permitir que un fluido en la región inferior se introduzca en una cámara de ecualización (246, 326) definida por una región entre una superficie interna del alojamiento y una superficie exterior del pistón, de manera tal que la diferencia de presión a través de la parte de pestaña (232) es igual a la diferencia de presión a través del orificio de control (110, 110a, 110b).

2. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el elemento elástico (208) se instala al interior del alojamiento para una traslación opuesta del pistón (204).

3. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que una abertura de ecualización (242) formada en el alojamiento, en una pared lateral (244) del tapón (206), permite que un fluido situado en la región inferior se introduzca en una cámara de ecualización (246) definida por una región entre una superficie interna del alojamiento o de la pared lateral (244) y una superficie externa de un pistón (204), y de que exista así la presión P3 en el pistón (204).

4. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la válvula de control para la regulación del flujo comprende una junta estanca (256) dispuesta entre el alojamiento y un perímetro del pistón (204) para impedir una fuga del fluido a partir de la región intermedia (252) hacia la cámara de ecualización (246) e impedir así que el nivel de presión P2 se introduzca en la cámara de ecualización.

5. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la válvula de control de regulación (100) comprende preferiblemente un segmento de pistón cuadrado (258) dispuesto entre un perímetro del pistón (204) y una superficie interna del alojamiento o del tapón (206) para reducir una fuga del fluido entre éstos y el segmento de pistón se compone preferiblemente de fluorocarbono e impide así que el nivel de presión P2 se introduzca en la cámara de ecualización.

6. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que en la válvula de control de regulación, un borde (226) del pistón (204) es cuadrado.

7. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la válvula de control de regulación (100) y el pistón (204) comprende una porción de pestaña (232) y la porción de vástago (234) donde la porción de pestaña que posee un primer lado expuesto en la región intermedia (252) y un segundo lado expuesto en la cámara de ecualización (246) y un perímetro en contacto de forma deslizable con una superficie interna del alojamiento o del tapón (206).

8. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el elemento de estrangulación (202) es adyacente a la región superior, el elemento de estrangulación comprendiendo la superficie de estrangulación (224) adyacente a un borde (231) del pistón (204) donde la superficie de estrangulación y el borde definen un orificio de estrangulación entre los dos.

9. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el elemento de estrangulación (202) tiene una cavidad formada en una extremidad de este último, la cavidad presenta una superficie inclinada (228) o pared lateral, y donde la superficie de estrangulación se define por un borde (508) del elemento de estrangulación y la pared lateral.

10. Aparato según las reivindicaciones 1 y 9, caracterizado por el hecho de que el elemento de estrangulación (202) tiene preferiblemente tres agujeros (512) y donde los agujeros son configurados para seguir la siguiente ecuación:

donde d es el diámetro del pistón, W es la anchura de cada una de los tres agujeros y x es una distancia desde el borde del pistón hasta una posición completamente cerrada definida por una posición del pistón en la que el borde del pistón toca la pared lateral inclinada de la cavidad del elemento de estrangulación.

11. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la válvula de control de regulación (100) comprende el elemento de ajuste (212) acoplado al alojamiento para un estrechamiento selectivamente del orificio de control.