CZ37379U1 - Elektromagnetický koaxiální ventil - Google Patents
Elektromagnetický koaxiální ventil Download PDFInfo
- Publication number
- CZ37379U1 CZ37379U1 CZ2023-41077U CZ202341077U CZ37379U1 CZ 37379 U1 CZ37379 U1 CZ 37379U1 CZ 202341077 U CZ202341077 U CZ 202341077U CZ 37379 U1 CZ37379 U1 CZ 37379U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- valve
- magnetic
- tubular body
- electromagnetic
- seat
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 21
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 14
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 7
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 7
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 5
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 claims description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 21
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910000938 samarium–cobalt magnet Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
- F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
- F16K31/10—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid with additional mechanism between armature and closure member
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
- F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
- F16K31/08—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid using a permanent magnet
- F16K31/084—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid using a permanent magnet the magnet being used only as a holding element to maintain the valve in a specific position, e.g. check valves
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetically Actuated Valves (AREA)
Description
Elektromagnetický koaxiální ventil
Oblast techniky
Vynálezem je elektromagnetický koaxiální ventil tvořený tělesem obsahujícím sedlo ventilu a vymezujícím průtočnou komoru ventilu, v níž je podélně uspořádáno trubkovité těleso zakončené hranou dosedající při uzavřené průtočné komoře do sedla, přičemž těleso je opatřeno dvěma v podélném směru s odstupem uspořádanými magnetickými prstenci pro vybuzování příslušných magnetických indukčních toků pro udržování trubkovitého tělesa v příslušných krajních polohách pro uzavření/otevření ventilu.
Dosavadní stav techniky
Elektromagnetické ventily patří mezi nejčastěji využívané prvky pro řízení průtoku tekutin. Vyznačují se jednoduchou konstrukcí a spolehlivostí. Skládají se z elektromagnetického aktuátoru (pohonu), který slouží k ovládání mechanismu ventilu zajišťujícího otevření/uzavření průtočné komoře. V tradičním provedení elektromagnetického ventilu je aktuátor tvořený nejčastěji elektrickým vinutím (válcovou cívkou) umístěným v magnetickém obvodu s pohyblivým magnetickým tělesem, které je mechanicky spojeno pomocí táhla s pohyblivým uzavíracím tělesem umístěným proti sedlu ustavenému v průtočné komoře tak, že dosednutím uzavíracího tělesa dojde k uzavření průtočné komoře ventilu. Aktuátor může být umístěn jak vně tělesa ventilu (táhlo zajištěné těsněním prochází stěnou průtočné komory a spojuje aktuátor s uzavíracím tělesem), tak uvnitř tělesa ventilu. Aktuátor ventilu je nejčastěji navržen tak, že využívá alespoň jedné pružiny pro zajištění zpětného pohybu (monostabilním provedení ventilu) nebo blokovacího mechanismu pro zajištění stabilních poloh uzavíracího tělesa (bistabilní provedení ventilu).
Základní koncepci elektromagnetického ventilu v koaxiálním, tj. přímém, nebo též souosém provedení popisuje EP 0987478 B1, kde se ventil skládá ze vstupní a výstupní části spojené průtočnou komorou. Trubkovité těleso ventilu je axiálně pohyblivé uvnitř komory pomocí elektromagnetického aktuátoru (pohonu), čímž se komora uzavírá a otevírá. Podobné technické provedení je popsáno například v EP 3147545 B1 a US 20200332913 A1. Zatímco EP 3147545 B1 popisuje tlakově vyváženou konstrukci koaxiálního ventilu s nízkou tlakovou ztrátou, US 20200332913 A1 popisuje konstrukci ventilu zabraňující příliš silnému rázu do uzavírací části ventilu. Všechna popsaná provedení však umožňují pohyb tělesa ventilu pohonem pouze v jednom směru, přičemž vratný pohyb je zajištěn mechanickou pružinou.
Odlišné technické provedení elektromagnetického aktuátoru při koaxiálním provedení ventilu popisuje například US 6361018 B2, kde aktuátor ventilu představuje servomotor připojeným k převodovému mechanismu tvořenému vahadlem. Na rozdíl od předchozích konstrukcí je pohyb pouzdra ventilu řízen v obou operacích - otevírání i uzavírání ventilu. Spojení dílčích mechanismů je však konstrukčně náročné a náchylné k poruše.
Příklad bistabilního koaxiálního ventilu popisuje například WO 2018007166 A1, kde je pouzdro ventilu vedeno uvnitř komory utěsněného proti vstupu a má fluidní spojení s výstupem. Komora mezi sedlem je naplněna kapalinou, která odpovídá tlaku na výstupní straně ventilu. Na rozdíl od předchozích konstrukcí ventil umožňuje držet ventil ve stabilní poloze (otevřeno/zavřeno) bez buzení cívek aktuátoru a bistabilní režim je zajištěn tlakem média. Bistabilní režim je však narušen při změně tlaku média a tím dochází ke změně stavu ventilu.
Žádné známé technické řešení nepopisuje takový ventil v koaxiálním provedení, který by umožňoval elektromagnetické ovládání během celého provozu ventilu (otevírání/uzavírání) bez dalších mechanismů a zároveň umožňoval monostabilní a bistabilní režim.
- 1 CZ 37379 U1
Podstata technického řešení
Navržené technické řešení reflektuje konstrukčními nedostatky současných řešení elektromagnetických ventilů a přináší originální koncepci elektromagnetického koaxiálního ventilu. Toho je docíleno topologií, materiálem a konstrukcí elektromagnetického koaxiálního ventilu. Řešení pak přináší zásadní výhody, mezi které patří nízká spotřeba energie, vysoká rychlost odezvy a možnost eliminace poruch. Koncepce je přitom založena na dvou základních předpokladech:
(i) ventil je plně elektromagnetický - elektromagnetické pole přímo řídí primární funkci a z jeho pozorování lze určit aktuální stav ventilu, a (ii) ventil je v koaxiálním provedení - kapalina prochází ventilem v axiálním směru.
Elektromagnetický koaxiální ventil využívá magnetických prstenců k zajištění stabilní polohy tělesa ventilu, tj. otevřený/uzavřený ventil, a elektrického vinutí ke změně jeho stavu, tj. otevírání/uzavírání ventilu. Magnetický prstenec složený z permanentních magnetů ze vzácných zemin, například SmCo, Nd FeB a jiné, spolu s optimalizovanou topologií magnetického obvodu ventilu, například z magnetické nerezové oceli, umožňují dosáhnout vysoké hustoty energie. Elektrické vinutí vytváří magnetický indukční tok pro ovládání ventilu a ventil dosahuje vysoké dynamické odezvy při nízké spotřebě energie.
K zajištění těsnosti ventilu mezi jednotlivými částmi magnetického obvodu lze s výhodou využít těsnění z kompozitního materiálu na bázi magnetoreologického elastomeru, které snižuje magnetický odpor (reluktanci) jednotlivých dílů magnetického obvodu a zároveň zvyšuje těsnost díky své deformaci procházejícím magnetickým tokem (magnetický elastomer vyplňuje vzduchové mezery mezi díly magnetického obvodu). Přímé měření indukčnosti elektrického vinutí lze využít k určení ustáleného stavu ventilu (otevřeno/ zavřeno) a měření indukované napětí v průběhu přepínání ventilu (otevírání/zavírání) umožňuje sledovat přechod mezi stabilními stavy.
Vynálezem je elektromagnetický koaxiální ventil sestávající z trubkovitého tělesa zakončeným dosedací hranou směřující proti sedlu ustaveným v průtočné komoře, kde trubkovité těleso je podélně přesuvně uspořádáno v tělese. Těleso je opatřené alespoň jednou dvojicí magnetických prstenců, které se nacházejí mimo průtočnou komoru. Trubkovité těleso volně obemyká alespoň jedna dvojice vzájemně oddělených elektrických vinutí. Magnetický prstenec zajišťuje podélně přesuvné těleso v krajních polohách. Změna polohy podélně přesuvného tělesa, a tím změna stavu ventilu - stav otevřeno/zavřeno - je zajištěna pulzem elektrického proudu v elektrickém vinutí, přičemž orientace proudu musí vytvořit magnetický indukční tok, který působí proti toku magnetického prstence zajišťujícího původní polohu přesuvného tělesa. Je přitom výhodné, pokud je elektrické vinutí z každé dvojice elektrického vinutí umístěno ve vzájemně protilehlé poloze.
Na základě experimentů a testů provedených na prototypu ventilu dle příkladného provedení lze stručně charakterizovat technické řešení v následujících bodech:
• Ventil je navržen v koaxiálním, tj. přímém provedení. Hlavní osou ventilu prochází průtočná komora (kanál), která spojuje vstup a výstup ventilu. Ventil je obousměrný a médium tak může být přivedeno jak pod sedlo ventilu, tak nad sedlo ventilu.
• Sedlo ventilu je spojeno s přírubou ventilu. Trubkovité těleso je v uzavřeném stavu ventilu umístěno proti sedlu. Trubkovité těleso tvoří kanál ventilu. Těsnost ventilu v uzavřeném stavu zajišťuje těsnící O-kroužek umístěný na sedle ventilu.
• Ovládací elektromagnetický aktuátor (pohon) ventilu se dále skládá z magnetického obvodu s permanentními magnety (magnetický prstenec), pohyblivého trubkovitého tělesa
- 2 CZ 37379 U1 a válcových cívek (elektrické vinutí). Udržovací síla pohyblivého tělesa ve stabilních polohách (otevřený a zavřený ventil) je plně zajištěná magnetickým prstencem. Přechod mezi stabilními polohami zajišťuje vybuzení elektrického vinutí. Magnetický tok vybuzený vinutím zesiluje magnetický tok magnetického prstence, a tím mění rovnováhu sil ve stabilních polohách pohyblivého tělesa (otevřený/uzavřený ventil). Pohyblivé těleso ve stabilních polohách dosedá na dvojici dorazů z magnetoreologického elastomeru umístěných mezi magnetický obvod a příslušnou hranu pohyblivého tělesa.
• V základním provedení je ventil bistabilní. Magnetické prstence tak zajišťují stabilní polohy pohyblivého trubkovitého tělesa (otevřený/zavřený ventil). Využití rozdílných magnetických prstenců (rozdílný počet permanentních magnetů) umožňuje dosáhnout monostabilního režimu. V tomto případě je pohyblivého tělesa udržována v nestabilní poloze magnetickým tokem vybuzeného elektrického vinutí a stabilní poloha je zajištěna magnetickým prstencem.
Originalita navrženého technického řešení spočívá především v konstrukci ovládacího elektromagnetického aktuátoru a lze ji shrnout do následujících bodů:
• Ovládací elektromagnetický aktuátor je plně řízený magnetickým tokem vybuzeným elektrickým vinutím. Ventil neobsahuje pružiny nebo táhla, která by zajišťovala funkci ventilu (např. pro zajištění vratného pohybu, nebo zajištění stabilní polohy ventilu).
• Aktuátor umožňuje jak bistabilní, tak monostabilní režim ventilu.
• Přechod mezi stabilními polohami ventilu se provádí krátkým vybuzením elektrického vinutí ovládacího elektromagnetického aktuátoru. To zajišťuje vysokou rychlost změny stavu (otevřeno/zavřeno) při nízké spotřebě energie.
• Využití magnetického prstence složeného z permanentních magnetů na bázi vzácných zemin a topologie magnetického obvodu ovládacího elektromagnetického aktuátoru umožňuje dosáhnout vysoké hustoty energie. Ventil má vysokou rychlost reakce.
• Konstrukce magnetického obvodu ovládacího elektromagnetického aktuátoru umožňuje bez dodatečných senzorů zjistit stav ventilu (otevřeno/zavřeno), a to pomocí měření indukčnosti vzájemně odděleného elektrického vinutí.
• Konstrukce průtočné komory ventilu umožňuje obousměrný provoz ventilu (přívod média nad/pod sedlo). Pokud je ventil spojen s přívodem média pod sedlem, jsou eliminovány tlakové rázy.
• Koaxiální konstrukce ventilu zajišťuje nízký tlakový spád.
Objasnění výkresů
Na Obr. 1 je v částečném řezu znázorněno příkladné provedení elektromagnetického koaxiálního ventilu v symetrii podél hlavní osy. Na Obr. 2a je znázorněn řez částí elektromagnetického koaxiálního ventilu ve stavu zavřeno. Na Obr. 2b je znázorněn řez totožnou částí elektromagnetického koaxiálního ventilu ve stavu otevřeno. Na Obr. 3a je znázorněn řez ventilem v místě sedla. Průřez A znázorňuje provedení tělesa s náběžnou hranou. Na Obr. 3b je znázorněn příčný řez B zobrazující magnetický prstenec. Tento příčný řez elektromagnetickým koaxiálním ventilem v otevřené poloze, kdy je umožněn řízený tok tekutiny průtočnou komorou. Na Obr. 4a je znázorněn řez elektromagnetickým koaxiálním ventilem v otevřeném stavu, na Obr. 4b. znázorněn řez elektromagnetickým koaxiálním ventilem v uzavřeném stavu. Obr. 5 je znázorněn 3D model ventilu dle příkladného provedení v částečném řezu, který byl experimentálně testován.
- 3 CZ 37379 U1
Příklady uskutečnění technického řešení
Elektromagnetický koaxiální ventil je tvořen z trubkovitého tělesa 1, které je zakončeno dosedací hranou 2. Dosedací hrana 2 směřuje proti sedlu 3. Sedlo 3 je ustaveno v průtočné komoře 4. Trubkovité těleso 1 je podélně přesuvně uspořádáno v tělese 5. Těleso 5 je opatřené dvěma v podélném směru s odstupem uspořádanými magnetickými prstenci 6, které se nacházejí mimo průtočnou komoru 4. Magnetický prstenec 6 je v tomto konkrétním provedení z NdFeB permanentního magnetu. Trubkovité těleso 1 volně obemyká jedna dvojice vzájemně oddělených s odstupem upořádaných elektrických vinutí 7. Mezi elektrickým vinutím 7 a trubkovým tělesem 1 je včleněn kluzný člen 8 z nemagnetického materiálu. Těleso 5 je opatřeno dosedacími hranami z magnetického elastomeru 9. Těleso 5 je vůči průtočné komoře 4 utěsněno těsněním 10. Těleso 5 je z obou stran opatřeno přírubami 11.
Magnetický prstenec 6 zajišťuje podélně přesuvné trubkovité těleso 1 v krajních polohách. Změna polohy podélně přesuvného trubkovitého tělesa 1, a tím změna stavu ventilu - stav otevřeno/zavřeno - je zajištěna pulzem elektrického proudu v elektrickém vinutí 7, přičemž orientace proudu musí vytvořit magnetický indukční tok, který působí proti toku magnetického prstence 6 zajišťujícího původní polohu přesuvného tělesa 1. Magnetický tok vybuzený vinutím 7 zesiluje magnetický tok magnetického prstence 6, a tím mění rovnováhu sil ve stabilních polohách pohyblivého trubkovitého tělesa. V otevřeném stavu prochází kapalina průtočnou komorou 4 v trubkovitém tělesu 1 uspořádaném podélně v tělese 5. Dosednutím dosedací hrany 2 trubkovitého tělesa 1 k sedlu 3 dojde k uzavření průtoku media skrz průtočnou komorou 4 v trubkovitém tělesu 1 podélně přesuvně uspořádaném v tělese 5.
Průmyslová využitelnost
Vynález nalézá své uplatnění zejména v oblasti energií, vytápění, chlazení, dále vodohospodářství, a to pro účely regulace průtoku kapalných či plynných médií.
Claims (3)
- NÁROKY NA OCHRANU1. Elektromagnetický koaxiální ventil s otevřenou a uzavřenou polohou, vyznačující se tím, že je tvořen tělesem (5) obsahujícím sedlo (3) ventilu a vymezujícím průtočnou komoru (4) ventilu, v níž je podélně uspořádáno trubkovité těleso (1) zakončené hranou (2) dosedající při uzavřené průtočné komoře (4) do sedla (3), přičemž těleso (5) je opatřeno dvěma v podélném směru s odstupem uspořádanými magnetickými prstenci (6) pro vybuzování příslušných magnetických indukčních toků pro udržování trubkovitého tělesa (1) v příslušných krajních polohách pro uzavření/otevření ventilu, přičemž trubkovité těleso (1) volně obemykají dvě v podélném směru s odstupem upořádaná, mezi magnetickými prstenci (6) umístěná elektrická vinutí (7) napájená elektrickým proudem, pro vybuzení magnetických indukčních toků pro zesílení magnetického indukčního toku příslušného magnetického prstence (6) k přesunutí trubkovitého tělesa (1) v podélném směru a tím změnu stavu ventilu z otevřené do uzavřené polohy a naopak.
- 2. Elektromagnetický koaxiální ventil podle nároku 1, vyznačující se tím, že mezi vinutím (7) a tělesem (5) je včleněn kluzný člen (8) z nemagnetického materiálu.
- 3. Elektromagnetický koaxiální ventil podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že těleso (5) je vůči tělesu (1) opatřeno dosedacími hranami (9) z magnetického elastomeru.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2023-41077U CZ37379U1 (cs) | 2023-06-16 | 2023-06-16 | Elektromagnetický koaxiální ventil |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2023-41077U CZ37379U1 (cs) | 2023-06-16 | 2023-06-16 | Elektromagnetický koaxiální ventil |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ37379U1 true CZ37379U1 (cs) | 2023-10-18 |
Family
ID=88558958
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2023-41077U CZ37379U1 (cs) | 2023-06-16 | 2023-06-16 | Elektromagnetický koaxiální ventil |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ37379U1 (cs) |
-
2023
- 2023-06-16 CZ CZ2023-41077U patent/CZ37379U1/cs active IP Right Grant
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DK2567131T3 (en) | ELECTRON MAGNET-DRIVED SWITCHING DEVICES AND PROCEDURES FOR ACTIVATING THEREOF | |
US20170169926A1 (en) | Solenoid actuator | |
EP0107445B1 (en) | Solenoid valve | |
JP2540206B2 (ja) | 電磁弁 | |
US6422533B1 (en) | High force solenoid valve and method of improved solenoid valve performance | |
CN101709806B (zh) | 一种微型自锁电磁阀 | |
US20130328650A1 (en) | Divergent flux path magnetic actuator and devices incorporating the same | |
JPH0567044B2 (cs) | ||
JPS60159481A (ja) | 制御弁 | |
GB2342504A (en) | A bistable and monostable electromagnetic drive arrangement | |
CN101696740B (zh) | 一种开关阀 | |
US6848667B1 (en) | Electromagnetically operated valve | |
CZ37379U1 (cs) | Elektromagnetický koaxiální ventil | |
CZ37380U1 (cs) | Elektromagnetický koaxiální ventil s regulací tlaku | |
EP3726546B1 (en) | A dual coil solenoid valve for a fuel gas control valve and the control method thereof | |
RU2243441C1 (ru) | Электромагнитный клапан | |
RU66462U1 (ru) | Малогабаритный электромагнитный клапан для систем автоматики | |
KR100927139B1 (ko) | 영구자석을 구비한 솔레노이드작동기와 이를 사용한 솔레노이드밸브 | |
RU210526U1 (ru) | Трехходовой магнитный клапан для управления потоком теплоносителя в магнитной холодильной машине | |
GB2062175A (en) | Solenoid-operated valve | |
JP2693554B2 (ja) | 磁気操作バルブ | |
RU44364U1 (ru) | Электромагнитный вентиль непрямого действия | |
RU2357143C1 (ru) | Электромагнитный клапан | |
RU40428U1 (ru) | Электромагнитный вентиль | |
GB2387968A (en) | Electromagnetically operated valve |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20231018 |