VÁLVULA DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICA DE REGULACIÓN ELECTRÓNICA CON CONTROLADOR.

1. Una válvula de expansión termostática de regulación electrónica con controlador,

compuesta por una válvula de expansión termostática con bulbo de regulación manual, un módulo termoeléctrico, unas pletinas o piezas de alta conductividad térmica y un controlador electrónico, caracterizado porque:

- El módulo termoeléctrico (6) está colocado entre el bulbo (8) y el tubo de salida de la válvula (3) a través de dos pletinas (5) y (7) (una a cada lado del módulo termoeléctrico). Las pletinas, realizadas de cualquier material, podrán tener forma para adaptarse al tubo o al bulbo. Además entre el módulo termoeléctrico y las pletinas podrá haber adhesivo, pasta térmica o similar La pletina correspondiente al tubo podrá ir soldada a éste. El conjunto tubo, pletinas, modulo termoeléctrico y bulbo estará sujeto por un medio de sujeción mecánica, pudiendo el adhesivo mencionado anteriormente realizar esta función.

- El controlador electrónico, que comprende un sensor para la medida del recalentamiento, un circuito basado en microcontrolador que contenga una entrada para el sensor del recalentamiento, una salida de tensión regulada conectada a los terminales (11a) y (11b) del módulo termoeléctrico, una interfaz de usuario, una o varias salidas digitales y/o analógicas de los valores medidos y un termostato cuya temperatura de referencia se corresponda con algún elemento de la válvula.

- La toma de compensación de presión (4), caso de que exista, estará conectada a la salida de la válvula.

2. Una válvula de expansión termostática de regulación electrónica con controlador según la reivindicación 1, caracterizada porque la posición del conjunto bulbo, módulo termoeléctrico y pletinas sea diferente a la salida de la válvula.

3. Una válvula de expansión termostática de regulación electrónica con controlador según las reivindicaciones 1 a 2, caracterizada porque la posición de la toma de compensación de presión, caso de que exista, sea diferente a la salida de la válvula.

4. Una válvula de expansión termostática de regulación electrónica con controlador según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el módulo termoeléctrico ha podido ser remplazado por una resistencia eléctrica.

5. Una válvula de expansión termostática de regulación electrónica con controlador según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque todo o parte del conjunto de la válvula está aislada térmicamente, independientemente del tipo de aislante empleado.

Tipo: Modelo de Utilidad. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: U201530080.

Solicitante: García del Valle, Javier.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: GARCÍA DEL VALLE,Javier.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F16K31/02 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F16 ELEMENTOS O CONJUNTOS DE TECNOLOGIA; MEDIDAS GENERALES PARA ASEGURAR EL BUEN FUNCIONAMIENTO DE LAS MAQUINAS O INSTALACIONES; AISLAMIENTO TERMICO EN GENERAL.F16K VALVULAS; GRIFOS; COMPUERTAS; FLOTADORES PARA ACCIONAMIENTO; DISPOSITIVOS PARA VENTILAR O AIREAR.F16K 31/00 Medios de accionamiento; Dispositivos de retorno a la posición de reposo. › eléctricos; magnéticos.
  • F25B41/06 F […] › F25 REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS DE CALEFACCION Y DE REFRIGERACION; SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR; FABRICACION O ALMACENAMIENTO DEL HIELO; LICUEFACCION O SOLIDIFICACION DE GASES.F25B MAQUINAS, INSTALACIONES O SISTEMAS FRIGORIFICOS; SISTEMAS COMBINADOS DE CALEFACCION Y DE REFRIGERACION; SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR (sustancias para la transferencia, intercambio o almacenamiento de calor, p. ej. refrigerantes, o sustancias para la producción de calor o frío por reacciones químicas distintas a la combustión C09K 5/00; bombas, compresores F04; utilización de bombas de calor para la calefacción de locales domésticos o de otros locales o para la alimentación de agua caliente de uso doméstico F24D; acondicionamiento del aire, humidificación del aire F24F; calentadores de fluidos que utilizan bombas de calor F24H). › F25B 41/00 Circulación del fluido, p. ej. para la transmisión del líquido del evaporador al hervidor (bombas en sí , empaquetaduras para ello F04). › Estranguladores de corriente, p. ej. tubos capilares; Dispositivos de los mismos.

Fragmento de la descripción:

VÁLVULA DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICA DE REGULACIÓN ELECTRÓNICA CON

CONTROLADOR

SECTOR DE LA TÉCNICA

La invención se encuadra en el sector técnico de la refrigeración, cualquiera que sea su aplicación. Concretamente está relacionada con las válvulas de expansión utilizadas para suministrar refrigerante a el/los evaporador/es de la instalación.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En general, los sistemas frigoríficos comprenden esencialmente uno o varios compresores, uno o varios condensadores, una o varias válvulas de expansión, uno o varios evaporadores y diversos elementos auxiliares, de regulación y control.

El evaporador, en un sistema de refrigeración, es el intercambiador de calor en el que, en operación habitual, existe transferencia de calor desde el medio que se quiere enfriar hacia el refrigerante, el cual sufre un cambio de fase, total o parcialmente, de líquido a vapor.

A excepción de los evaporadores inundados (aquellos que forman parte de una instalación diseñada expresamente para tener una mezcla bifásica a la salida del evaporador), el refrigerante está en estado de vapor sobrecalentado a la salida del evaporador.

El control del grado de recalentamiento del refrigerante a la salida del evaporador es fundamental para evitar la llegada de líquido al compresor. Al mismo tiempo, está relacionado con la eficiencia del evaporador, pues recalentamientos altos reducen la eficiencia del mismo, dado que la tasa de transferencia de calor de la pared del tubo al refrigerante es considerablemente inferior para vapor, que para una mezcla bifásica. Recalentamientos excesivamente bajos tampoco son posibles, pues cuando el recalentamiento tiende a cero, aún cuando el flujo de calor se mantiene constante, se producen fenómenos oscilatorios que alternan salida de mezcla bifásica y únicamente vapor. Tradicionalmente, la forma de controlar el recalentamiento en un evaporador es variando el caudal másico de refrigerante que fluye hacia el mismo. Exceptuando para sistemas de reducida potencia, en los que habitualmente se emplea un tubo capilar, la válvula de expansión es la encargada de este objetivo.

El mismo es logrado mediante una medida directa o indirecta de las condiciones a la salida del evaporador, junto con una válvula de laminación que varía el coeficiente de pérdida de carga a través de la misma en función de aquéllas. Los dispositivos empleados de forma mayoritaria actualmente con tales propósitos son las válvulas de expansión termostática con bulbo, con o sin compensador de presión, cuyo funcionamiento es conocido a través de las patentes US 5,065,595 y US 5,238,219, y las válvulas de expansión electrónicas, cuyo funcionamiento está detallado en las patentes US 4,911,404, US 7,316,384 y US 8,651,456. Las válvulas de expansión termostática con bulbo, independientemente del grado de complejidad de su construcción, están definidas como aquéllas que funcionan bajo el equilibrio de fuerzas en un diafragma: de un lado, la fuerza ejercida por la presión a la salida del evaporador (o en un caso menos preciso la presión a la entrada del evaporador) más la fuerza ejercida por un resorte; de otro lado, la presión ejercida por un fluido en estado bifásico contenido en el bulbo a la temperatura de salida del evaporador. El diafragma está conectado mediante un empujador a una válvula de asiento. El pequeño desplazamiento permitido del diafragma, en base a una situación de desequilibrio, abre o cierra la válvula de asiento haciendo que se restablezca la situación de equilibrio. La fuerza ejercida por el resorte, la cual puede ser regulada manualmente o un valor fijo, establece la consigna de recalentamiento de la válvula.

Las válvulas de expansión termostática con bulbo no están exentas de desventajas operativas. El recalentamiento a la salida del evaporador varía en función de la temperatura de evaporación, aunque dicho efecto es minimizado empleando como carga del bulbo un fluido distinto al de la instalación o una construcción especial con dos bulbos. Otro inconveniente está relacionado con que el ajuste de la válvula es realizado por un operario de forma manual, no disponiéndose, en la mayoría de los casos, una medición precisa de las condiciones a la salida del evaporador. Además, aunque los bulbos están actualmente preformados para ajustarse a la tubería, una instalación defectuosa o un deterioro del sistema de fijación que obstaculice el contacto del bulbo con la tubería, conlleva una alteración en el grado de recalentamiento. Otra desventaja es que este tipo de válvulas no son capaces de cerrar herméticamente una vez parada la instalación, lo que implica el uso de válvulas solenoides a tal efecto. Además, el paso de refrigerante es en un solo sentido, por lo que en aplicaciones de bomba de calor, es necesario el empleo de dos válvulas, una para el ciclo de frío y otra para el de calor.

La presente invención presenta una mejora de las válvulas de expansión termostática con bulbo, en concreto, transforma la regulación manual del recalentamiento en una regulación electrónica, evitando parte de los problemas operativos de las mismas.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

Se sabe, por una parte, el principio de funcionamiento de las válvulas de expansión termostática con bulbo. De igual forma, es conocido el funcionamiento de un módulo termoeléctrico, que permite, a partir de una corriente eléctrica, ceder y absorber energía en cada una de sus dos superficies de trabajo. Además, si el sentido de la corriente es invertido, se invierte también el sentido de la transferencia de calor.

En base a los principios anteriores, la presente invención desarrolla, a partir de una válvula de expansión termostática con bulbo con grado de recalentamiento regulado manualmente, una válvula regulada electrónicamente. En una instalación convencional, en que hay instalada una válvula de expansión termostática, bien tenga compensador de presión o no, e independientemente de su tipo (único cuerpo con cartucho, dos cuerpos con cartucho), la mejora propuesta consiste en introducir un módulo termoeléctrico entre el bulbo y el tubo en que originariamente se encontrase el bulbo. Adicionalmente es necesario una medida del recalentamiento a la salida del evaporador que, junto con un controlador electrónico, sea capaz de operar el módulo termoeléctrico de forma que el recalentamiento real de la instalación sea igual al consignado en el controlador. El módulo termoeléctrico modifica la temperatura del bulbo y con ello el grado de recalentamiento del refrigerante en la instalación.

Además, con la introducción del módulo termoeléctrico, el conjunto bulbo y módulo termoeléctrico no tiene porqué ponerse a la salida del evaporador, pues puede ser instalado a la salida de la válvula. La segunda es que tampoco es necesaria la toma de compensación de presión, pudiéndose colocar ésta, caso de existir, a la salida de la válvula.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Alzado de la válvula.

Figura 2.- Perfil de la válvula, visto desde la derecha.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

El cuerpo de la válvula (1) se ha representado de forma abstracta por un rectángulo, pues no es el objeto de esta invención. Este cuerpo de válvula contiene esencialmente el diafragma, el muelle establecedor del recalentamiento, el empujador y la válvula de asiento, con independencia de su forma, distribución interna y la existencia de otras piezas auxiliares o complementarias al funcionamiento de aquéllas. El refrigerante entra por la toma (2) y sale por la (3). La toma (4) se corresponde con la entrada del compensador de presión (caso de que exista). El elemento (10) se corresponde con el alojamiento para el tornillo regulador del recalentamiento (caso de que exista). El bulbo (8) conecta con el diafragma mediante el tubo capilar (9). La distribución de los elementos descritos en este párrafo es orientativa, pudiendo, en una válvula comercial, variar su posición, forma o incluso su existencia (caso de los elementos (4) y (10)), no viéndose alterado por ello la validez de la presente descripción.

Caso de existir, la toma de presión (4) puede ser conectada tanto a la entrada como a la salida del evaporador. Caso de una instalación nueva, es preferible seguir conectando la toma de presión (4) a la salida del evaporador.

El bulbo (8), junto con el módulo...

 


Reivindicaciones:

1. Una válvula de expansión termostática de regulación electrónica con controlador, compuesta por una válvula de expansión termostática con bulbo de regulación manual, un módulo termoeléctrico, unas pletinas o piezas de alta conductividad térmica y un controlador electrónico, caracterizado porque:

- El módulo termoeléctrico (6) está colocado entre el bulbo (8) y el tubo de salida de la válvula (3) a través de dos pletinas (5) y (7) (una a cada lado del módulo termoeléctrico). Las pletinas, realizadas de cualquier material, podrán tener forma para adaptarse al tubo o al bulbo. Además entre el módulo termoeléctrico y las pletinas podrá haber adhesivo, pasta térmica o similar La pletina correspondiente al tubo podrá ir soldada a éste. El conjunto tubo, pletinas, modulo termoeléctrico y bulbo estará sujeto por un medio de sujeción mecánica, pudiendo el adhesivo mencionado anteriormente realizar esta función.

- El controlador electrónico, que comprende un sensor para la medida del recalentamiento, un circuito basado en microcontrolador que contenga una entrada para el sensor del recalentamiento, una salida de tensión regulada conectada a los terminales (11a) y (11b) del módulo termoeléctrico, una interfaz de usuario, una o varias salidas digitales y/o analógicas de los valores medidos y un termostato cuya temperatura de referencia se corresponda con algún elemento de la válvula.

- La toma de compensación de presión (4), caso de que exista, estará conectada a la salida de la válvula.

2. Una válvula de expansión termostática de regulación electrónica con controlador según la reivindicación 1, caracterizada porque la posición del conjunto bulbo, módulo termoeléctrico y pletinas sea diferente a la salida de la válvula.

3. Una válvula de expansión termostática de regulación electrónica con controlador según las reivindicaciones 1 a 2, caracterizada porque la posición de la toma de compensación de presión, caso de que exista, sea diferente a la salida de la válvula.

4. Una válvula de expansión termostática de regulación electrónica con controlador según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el módulo termoeléctrico ha podido ser remplazado por una resistencia eléctrica.

5. Una válvula de expansión termostática de regulación electrónica con controlador según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque todo o parte del conjunto de la válvula está aislada térmicamente, independientemente del tipo de aislante empleado.

 

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