ES2199459T3 - Valvulas de derivacion para intercambiadores de calor. - Google Patents
Valvulas de derivacion para intercambiadores de calor.Info
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Abstract
Una válvula de derivación para un circuito intercambiador de calor que tiene una carcasa (46) que define una cámara (48) provista de un primero, un segundo y un tercer orificios principales que se comunican con la cámara, siendo el primer orificio principal (54) un orificio de válvula de derivación, teniendo el orificio de válvula (54) un eje central y un asiento de válvula periférico (60), un accionador (64) sensible a la temperatura, colocado dentro de la cámara y teniendo un árbol central (66) de movimiento alternativo, colocado según este eje geométrico central, siendo el árbol central (66) una parte de extremidad cerrada (68) para cerrar parcialmente el orificio de válvula (54) y un anillo (62) montado deslizante en el árbol central (66) en la proximidad de la parte de extremidad cerrada (68) y que atraviesa transversalmente el árbol central (66) para acoplarse con el asiento de válvula (60) y cerrar completamente el orificio de válvula, teniendo la parte de extremidad cerrada (68) untope (70) para evitar que el anillo no se desacople deslizándose fuera del árbol central y un medio de empuje (74) para llevar el anillo contra el tope, caracterizada por un muelle antagonista (70) montado en la carcasa, bajo el anillo (62) y conectado al árbol central (66) para empujar la extremidad del árbol central (68) y retraerse para abrir el orificio de válvula (54).
Description
Válvulas de derivación para intercambiadores de
calor.
Esta invención se refiere a intercambiadores de
calor y en particular, a válvulas de derivación para desviar un
intercambiador de calor en un circuito de intercambio térmico bajo
condiciones en las que la función de termotransferencia del
intercambiador de calor no se requiere o solamente se necesita de
manera intermitente.
En algunas aplicaciones, tales como la industria
del automóvil, los intercambiadores de calor se utilizan para
enfriar o calentar algunos fluidos, tales como aceite para motores
o fluido de transmisiones o aceite. En el caso del fluido de
transmisión, por ejemplo, se utiliza un intercambiador de calor
para enfriar el fluido de transmisión. El intercambiador de calor
suele estar situado a distancia de la transmisión y recibe el
aceite de la transmisión caliente desde la transmisión a través de
los conductos de suministro, lo enfría y lo vuelve a entregar a la
transmisión a través de los conductos de retorno. Sin embargo,
cuando la transmisión está fría, tal como en las condiciones de
arranque, el aceite de la transmisión es muy viscoso y no fluye con
facilidad a través del intercambiador de calor e incluso nada en
absoluto. En tales casos, la transmisión puede subalimentarse de
aceite y esto puede causar daños o al menos un funcionamiento
errático. El daño acumulativo a la transmisión puede producirse
también si la cantidad de aceite devuelta es apropiada, pero se
sobreenfría debido a bajas temperaturas ambientales. En este caso,
por ejemplo, la condensación de humedad en el aceite (que, de no
ser así, se vaporizaría a más altas temperaturas) puede acumularse
y causar daños o corrosión o degradación del aceite.
Para poder superar el problema de subalimentación
de aceite en frío, varias soluciones se han propuesto en el pasado.
Una solución es utilizar un pequeño conducto de derivación que
actúa como un cortocircuito entre la línea de alimentación del
intercambiador de calor y la línea de retorno a la transmisión.
Aunque esta solución proporciona algún flujo en frío e impide que la
transmisión esté subalimentada de aceite, reduce el rendimiento de
intercambio de calor cuando el fluido de transmisión alcanza la
temperatura de funcionamiento, porque parte del fluido de
transmisión no pasa a través del intercambiador de calor. El
problema se agudiza por la variable viscosidad del aceite de la
transmisión a medida que se calienta. Dicho de otro modo, un canal
de derivación lo suficientemente grande para proporcionar un caudal
suficiente para impedir la subalimentación a temperaturas frías
produce demasiado flujo de derivación cuando se calienta el aceite
y se hace menos viscoso.
Para poder superar el inconveniente del
rendimiento reducido causado por canales de derivación simples, se
ha propuesto instalar una válvula de cierre en el conducto de
derivación. Cuando se enfría el aceite, el canal de derivación está
abierto y cuando se calienta el aceite, la válvula en el conducto
de derivación se cierra para impedir una nueva derivación. Se
suele utilizar algún tipo de elemento de válvula sensible a la
temperatura, tal como una tira bimetálica o algún otro tipo de
dispositivo que se expande y contrae o gira para abrir y cerrar la
válvula de derivación, cuando la temperatura del aceite supera
algunos límites.
Ejemplos del tipo de cierre de válvulas de
derivación se muestra en el Modelo de Utilidad alemán Nº. 296 19
609 y en la patente de los Estados Unidos Nº. 4.191.198. Estas
patentes se refieren a una carcasa que tiene una cámara interior y
orificios primero, segundo y tercero que se comunican con dicha
cámara interior. Uno de los orificios tiene una válvula de
derivación con un asiento de válvula periférico y un elemento de
válvula desplazable para acoplar el asiento de la válvula y
detener el flujo de derivación. Un accionador sensible a la
temperatura está situado en la cámara y está operativamente
conectado al elemento de válvula para abrir y cerrar el orificio de
la válvula.
Una dificultad con estas válvulas de derivación
de la técnica anterior es que los accionadores sensibles a la
temperatura se expanden y contraen en relación con las temperaturas
a las que están expuestos y las temperaturas extremas pueden
deteriorar los accionadores. Han de proporcionarse medios para
admitir un movimiento excesivo de los accionadores, proporcionar un
buen sellado o cierre proporcionando no obstante un buen sellado o
cierre de los orificios de las válvulas de derivación. Si los
orificios se cierran bien cuando el aceite se calienta,
normalmente no se abrirán muy bien cuando se enfríe el aceite y será
de nuevo necesario tener un flujo de derivación.
La presente invención es una mejora sobre las
válvulas de derivación anteriormente mencionadas por cuanto que un
muelle antagonista está directamente conectado al cuerpo del
accionador sensible a la temperatura para hacer volver el
accionador al estado frío o en derivación y no obstante, admitir un
movimiento excesivo del accionador causado por las temperaturas
extremas. Un elemento de válvula accionado por resorte, separado o
independiente, cierra y abre el orificio de la válvula.
Según un aspecto de la invención, se proporciona
una válvula de derivación para un circuito de intercambio de calor
que tiene una carcasa que define una cámara en su interior y
primero, segundo y tercer orificios principales que se comunican
con la cámara. El primer orificio principal es el de una válvula
de derivación. El orificio de la válvula tiene un eje central y un
asiento de válvula periférico. Un accionador sensible a la
temperatura está situado en la cámara y tiene un árbol central de
movimiento alternativo dispuesto a lo largo del mismo. La barra
central tiene una extremidad cerrada para cerrar parcialmente el
orificio de la válvula y un anillo situado junto a la extremidad
cerrada y que se extiende transversalmente desde la barra para
acoplar el asiento de la válvula y cerrar completamente el orificio
de la válvula. La mejora está constituida por un muelle
antagonista montado en la carcasa por debajo del elemento anular y
que está conectado la barra central para solicitar a la extremidad
de la barra central para retraer y abrir el orificio de la
válvula.
Según otro aspecto de la invención, se
proporciona un intercambiador de calor que tiene un colector de
entrada con una abertura de entrada y un colector de salida con una
abertura de salida. Una pluralidad de conductos de intercambio de
calor espaciados están conectados entre los colectores de entrada y
salida. Una válvula de derivación incluye una carcasa que define una
cámara en ella y primero, segundo y tercer orificios principales
que se comunican con la cámara, siendo el primer orificio principal
el de una válvula de derivación. El orificio de la válvula tiene
un eje central y un asiento de válvula periférico. Se proporcionan
medios para conectar el orificio de la válvula a una de las
aberturas de entrada y salida. Se proporcionan medios para
conectar el segundo orificio principal, la cámara y el tercer
orificio principal en serie con la otra de las aberturas de entrada
y salida. Un accionador sensible a la temperatura está situado en
la cámara y tiene una barra central de movimiento alternativo
dispuesto a lo largo de dicha barra central. Esta última tiene una
extremidad cerrada para cerrar parcialmente el orificio de la
válvula y un elemento anular situado junto a la extremidad cerrada
y que se extiende transversalmente desde el eje para acoplar el
asiento de la válvula y cerrar completamente el orificio de la
válvula. La mejora comprende un muelle antagonista montado en la
carcasa por debajo del elemento anular y que está conectado a la
barra central para solicitar su extremidad para retraer y abrir el
orificio de la válvula.
A continuación se describirán, a modo de ejemplo,
realizaciones preferentes de la invención, haciendo referencia a
los dibujos adjuntos, en los que:
la Figura 1 es una vista esquemática en
perspectiva de un intercambiador de calor que emplea una
realización preferente de una válvula de derivación según la
presente invención;
la Figura 2 es una vista en perspectiva similar a
la Figura 1, pero que muestra otra realización preferente de una
válvula de derivación según la presente invención;
la Figura 3 es una vista en sección tomada a lo
largo de las líneas 3-3 de la Figura 1 que muestra
a la válvula de derivación abierta;
la Figura 4 es una vista en sección similar a la
Figura 3, pero que muestra la válvula de derivación cerrada,
la Figura 5 es una vista en sección similar a la
Figura 3, pero que muestra una modificación para bloquear el flujo
al intercambiador de calor;
la Figura 6 es una vista en sección similar a la
Figura 5, pero que muestra la válvula de derivación cerrada y el
intercambiador de calor desbloqueado;
la Figura 7 es una vista en perspectiva del
cierre desplazable utilizado en la válvula de derivación de las
Figuras 5 y 6;
la Figura 8 es una vista en sección tomada a lo
largo de las líneas 8-8 de la Figura 7;
la Figura 9 es una vista en alzado, parcialmente
en sección, del cartucho o subconjunto de válvula usado en la
válvula de derivación de las Figuras 3 y 4;
la Figura 10 es una vista en alzado, parcialmente
en sección del subconjunto o cartucho de la válvula, que se utiliza
en la válvula de derivación de las Figuras 5 y 6;
la Figura 11 es una vista en alzado similar a la
Figura 3, pero tomada a lo largo de las líneas
11-11 de la Figura 2 y mostrando una válvula de
derivación de tres orificios;
la Figura 12 es una vista en alzado similar a la
Figura 11, pero que muestra la válvula de derivación cerrada;
la Figura 13 es una vista en alzado similar a la
Figura 5, pero que muestra una válvula de derivación de tres
orificios;
la Figura 14 es una vista en alzado similar a la
Figura 13, pero mostrando la válvula de derivación cerrada.
Con referencia primero a la Figura 1, se describe
un circuito de intercambio de calor 10, que incluye un
intercambiador de calor 12 y una realización preferente de una
válvula de derivación 14 según la presente invención. Cualquier
tipo de intercambiador de calor puede usarse con la presente
invención. En la Figura 1 se muestra un intercambiador de calor
típico de dos pasadas y que tiene un primer colector 16, que podría
ser un colector de entrada o de salida, un colector de retorno 18 y
un segundo colector 20. Una pluralidad de conductos de intercambio
de calor espaciados 22, 24 están conectados entre los colectores de
modo que, por ejemplo, si el primer colector 16 es un colector de
entrada, el fluido circula desde el colector de entrada 16 a
través de los conductos 22 hacia el colector de retorno 18 donde
invierte la dirección y vuelve a través de los conductos 24 al
segundo colector 20, que es ahora un colector de salida. La
dirección del flujo puede invertirse de modo que el segundo colector
20 sea el colector de entrada y el primer colector 16 sea el
colector de salida. Sin embargo, se apreciará que el
intercambiador de calor 12 podría rectificarse para convertirse en
un intercambiador de calor de una sola pasada con colectores 16, 20
situados en los extremos respectivos del intercambiador de calor.
En este caso, no se necesitaría un colector de retorno 18.
Si el primer colector 16 es el colector de
entrada, estará formado con una abertura de entrada 26 y un
conducto de entrada 28 conectado para comunicarse con la abertura
de entrada 26. Si el segundo colector 20 es el colector de salida,
está constituido por una abertura de salida 30 y un conductor de
salida 32 estará conectado para comunicarse con la abertura de
salida 30. Sin embargo, se apreciará que si la dirección del flujo
es invertida, el conducto de salida 32 se convierte en el conducto
de entrada y el conducto de entrada 28 se convierte en el conducto
de salida. Los conductos 28, 32 están conectados a los orificios de
entrada y salida en la válvula de derivación 14, como se describirá
con más detalle a continuación. Los conductos de alimentación 34,
36 están también conectados a los orificios en la válvula de
derivación 14, como se describirá en detalle más adelante. Los
conductos de alimentación 34, 36 tienen accesorios extremos 38, 40
para unir las líneas de flujo a los conductos 34, 36. Cuando el
intercambiador de calor 12 se usa como un enfriador del aceite de la
transmisión, los accesorios extremos 38, 40 pueden ser conectores
de mangueras para unir las mangueras de caucho entre la transmisión
y el circuito de intercambio de calor 10. Sin embargo, cualquier
tipo de accesorios extremos 38, 49 pueden utilizarse para adaptar
el tipo de líneas de aceite que están instaladas a y desde el
circuito de intercambio de calor 10. La válvula de derivación 14 es
referida como una válvula de derivación de cuatro orificios, porque
los cuatro conductos 28, 32, 34 y 36 están conectados a la válvula
de derivación 14.
La Figura 2 es similar a la Figura 1 y se han
utilizado referencias numéricas similares en la Figura 2 y en las
siguientes figuras para indicar componentes que están en
correspondencia con los de la realización mostrada en la Figura
1.
Sin embargo, el circuito de intercambio de calor
42 de la Figura 2 tiene una válvula de derivación 44 que se refiere
como una válvula de derivación de tres orificios, porque tiene un
conductor único 45 que sale de ella y que se comunica con los
conductos 28 y 36, cuya finalidad se examinará más adelante.
Con referencia a las Figuras 3 y 4, se muestra
una válvula de derivación de cuatro orificios 14 que tiene una
carcasa 46 que define una cámara 48 dentro de ella. La carcasa 46
tiene tres orificios principales o aberturas 50, 52 y 54. Uno de
estos orificios principales, a saber el orificio principal 54, se
refiere como un orificio de válvula. El orificio de válvula 54 se
comunica con dos orificios de derivación inferiores 56, 58 y los
conductos 28, 36 están respectivamente conectados a los orificios
de derivación 56, 58.
El orificio de la válvula 54 tiene un asiento de
válvula periférico 60 que mira hacia la cámara 48 y un elemento de
válvula desplazable 62 está adaptado para acoplar el asiento de
válvula 60 al orificio de válvula de abertura y cierre 54.
Un accionador sensible a la temperatura 64 está
situado dentro de la cámara 48 y está operativamente acoplado al
elemento de válvula 62 para desplazar el elemento de válvula 62
abriendo y cerrando así el orificio de válvula 54. A veces, el
accionador 64 se refiere como un motor térmico y es un dispositivo
de tipo pistón y cilindro en el que el cilindro se llena con un
material termosensible, tal como cera, que se expande y contrae
haciendo que el accionador se extienda axialmente para ser
calentado a una temperatura predeterminada y para retraerse
enfriándose por debajo de esta temperatura predeterminada. Cuando
la válvula de derivación 14 se utiliza en conjunción con un
enfriador del aceite de la transmisión de un automóvil, esta
temperatura predeterminada es tal que el aceite que vuelve a la
transmisión desde el circuito de intercambio de calor 10 tiene una
temperatura aproximada de 80ºC.
Con referencia ahora a la Figura 9, en asociación
con las Figuras 3 y 4, se observará que el accionador 64 está
situado a lo largo de un eje central de la cámara 48 y también del
orificio de válvula 54. El cilindro del accionador 64 forma un
árbol central 66 dispuesto a lo largo del eje central del orificio
de válvula 54. El árbol central 66 tiene una extremidad cerrada 68
que cierra parcialmente el orificio de válvula 54. El elemento de
válvula 62, que tiene la forma de un elemento anular situado junto
a la extremidad cerrada 68 en su posición normal o en la de reposo,
según se indica en las Figuras 3 y 9, se extiende transversalmente
desde el árbol central 66 para acoplar el asiento de válvula 60 al
orificio de válvula completamente cerrado 54, según se indica en la
Figura 4. El elemento anular 62 y la extremidad cerrada 68 forman
un obturador de movimiento alternativo que se desplaza a lo largo
del eje central para abrir y cerrar el orificio de válvula 54.
El elemento anular o el elemento de válvula 62
está deslizablemente montado en el árbol central 66. Un muelle
antagonista 70 está unido a la extremidad cerrada 68 y está situado
en una ranura (no mostrada) formada en la extremidad cerrada 68. De
este modo, el muelle antagonista 70 actúa como un tope para impedir
que el elemento anular 62 se deslice fuera del árbol central 66. El
árbol central 66 incluye un resalto anular interior 72 y un muelle
helicoidal 74 montado en el árbol central 66 entre el resalto 72 y
el elemento anular 62 que solicita o lleva el elemento anular 62
hacia el muelle antagonista 70 o su tope.
Como se mencionó anteriormente, el accionador o
motor térmico 64 tiene un pistón 76 que está unido o ajustado a
presión en una zona rebajada axial 78 (ver Figura 9) conformada en
un cierre desplazable 80 que es parte o cierra la carcasa 46. El
cierre 80 tiene un sellado de junta tórica 82 y se mantiene en su
posición por un tornillo de ajuste o pasador adecuado u otro tipo de
elemento de sujeción, tal como un resorte circular en ``C'' o un
anillo elástico (no mostrado). Como se describirá con más detalle a
continuación, cuando el motor térmico 64 alcanza una temperatura
predeterminada, se extiende en sentido axial. Puesto que el pistón
76 es de posición fija, el árbol central 66, que forma parte del
motor térmico 64, se desplaza hacia abajo a través del orificio de
válvula 54 que comprime el muelle antagonista 70 y cierra el
orificio de válvula 54. Cuando la temperatura dentro de la cámara
48 desciende por debajo de la temperatura predeterminada, se retrae
el motor térmico 64 y el muelle antagonista 70 solicita al árbol
central 66 hacia arriba hasta que el muelle antagonista 70 se acople
con el elemento anular 62 y lo eleve fuera del asiento de válvula
60 abriendo de nuevo el orificio de válvula 54. Cuando el orificio
de válvula 54 está abierto como se indica en la Figura 3, el muelle
antagonista 70 se extiende a través del orificio de válvula 54 y
entra en la cámara 48, pero no afecta, de manera importante, al
flujo a través del orificio de válvula 54.
Como se hará evidente a partir de la Figura 9, el
cierre 80, el motor térmico 64, el muelle helicoidal 74, el
elemento anular 62 y el muelle antagonista 70 forman un cartucho o
subconjunto 84 para la válvula de derivación 14. Cuando el
subconjunto 84 se retira de la válvula de derivación 14, pueden
unirse los diversos conductos, de modo que sea objeto de soldadura
a la carcasa 46 sin dañar el motor térmico 64 o los muelles 70, 74.
El cartucho 84 se instala luego en la carcasa 46 con el cierre 80
situado frente al orificio de la válvula 54 y entonces, el
circuito de intercambio de calor 10 está preparado para su uso.
El funcionamiento de la válvula de derivación 14
se describirá ahora con referencia a las Figuras 1, 3 y 4. El
circuito de intercambio de calor 10 puede accionarse con el
conducto 34 ó el conducto 36 siendo el conducto de entrada,
mientras que el otro será el conducto de salida. Cuando el conducto
34 es el conducto de entrada o dicho de otro modo, recibe el aceite
de la transmisión caliente desde la transmisión, esto es a veces
convenientemente referido como flujo normal. En este caso, el
conducto 36 es el conducto de salida y hace retornar el aceite de
la transmisión a la transmisión después de que se haya enfriado por
el intercambiador de calor 12.
Cuando el conducto 36 sea el conducto de entrada
que recibe el fluido de transmisión caliente o el aceite de la
transmisión y el conducto 34 es el conducto de salida o de retorno
para proporcionar el aceite enfriado de nuevo a la transmisión,
esta configuración es, a veces, convenientemente referida como
flujo inverso.
Con referencia primero a la configuración de
flujo normal, si el aceite de la transmisión y el circuito de
intercambio de calor 10 se han calentado a las temperaturas de
funcionamiento, la válvula de desviación 14 aparece como en la
Figura 4. El aceite caliente del motor penetra en el conducto de
entrada 34, pasa en serie a través del orificio principal 52, la
cámara 48 y el orificio principal 50 al conducto de entrada del
intercambiador de calor 32. El fluido caliente pasa a través del
intercambiador de calor 12 y retorna a través del conducto de salida
28, pasa a través de los orificios de derivación 56, 58 y sale a
través del conducto de salida 36 para volver a la transmisión. En
este caso, no existe ningún flujo de derivación, porque el orificio
de la válvula 54 está cerrado. Si el fluido que retorna a la
transmisión a través de los conductos 28, 36 experimenta un descenso
de la temperatura por debajo de unos 80ºC, el accionador 64 se
retrae haciendo que el elemento de válvula 62 se eleve fuera del
asiento de válvula 60 con lo que se abre el orificio de válvula
54. Esto crea un flujo de derivación desde el conducto 34 a través
de la cámara 48 y a través del orificio de válvula 54 para
incorporar el flujo en el conducto 36 que retorna a la transmisión.
Si la temperatura del flujo o del aceite es muy fría, tal como en
las condiciones de arranque del motor, el aceite puede ser tan
viscoso que prácticamente ningún flujo pasa a través del
intercambiador de calor 12 y el flujo es completamente derivado
desde el conducto de entrada 34 al conducto de salida 36. Sin
embargo, cuando el aceite comienza a calentarse, se inicia también
el incremento del caudal a través del conducto 32 y del
intercambiador de calor 12 y en ese momento, el aceite alcanza la
temperatura de funcionamiento deseada, produciéndose el paso de un
caudal completo a través del intercambiador de calor 12 y el
elemento de válvula 62 cierra el orificio de válvula 54
interrumpiendo el flujo de derivación. Se apreciará que cuando la
válvula de derivación 14 ó al menos el elemento de válvula 62 está
abierto, el orificio de válvula 54 se convierte en un orificio de
salida. Los otros orificios principales 52 y 50 se convierten
respectivamente en orificios de entrada y salida en esta
configuración de flujo regular.
En la configuración de flujo regular, uno de los
orificios de derivación, a saber el orificio de derivación 56 se
convierte en un orificio de entrada, el otro orificio de
derivación 58 se convierte así en un orificio de salida que se
comunica con el orificio de entrada 56. El orificio de válvula 54
se convierte en un orificio de salida para la válvula de
derivación 14 y los otros orificios principales 52 y 50 se
convierten, respectivamente, en orificios de entrada y salida para
la válvula de derivación 14.
En la configuración de flujo inverso, el conducto
36 se convierte en el conducto de entrada que recibe aceite
caliente desde la transmisión y el conducto 34 se convierte en el
conducto de salida que hace retornar el aceite de la transmisión
enfriado a la transmisión. En esta configuración, si la transmisión
y el circuito de intercambio de calor 10 están a las temperaturas
de funcionamiento, el fluido de transmisión caliente pasa a través
del orificio de derivación 58, que se convierte en un orificio de
entrada. El elemento de válvula 62 se cierra de modo que no exista
ningún flujo de derivación. A continuación, el aceite caliente
continúa a través del orificio de derivación 56 que se convierte en
un orificio de salida que se comunica con el orificio de
derivación de entrada 58. El aceite caliente pasa a través del
conducto 28 y el intercambiador de calor 12 y retorna a través del
conducto 32 para pasar en serie a través del segundo orificio
principal 50, la cámara 48 y el tercer orificio principal 52 y sale
a través del conducto 34 para retornar a la transmisión.
Si el aceite de la transmisión que retorna a la
transmisión experimenta un descenso de temperatura por debajo de la
temperatura predeterminada, el accionador 64 hace que se abra el
elemento de válvula 62 creando así un flujo de derivación desde el
orificio de válvula 54 al orificio principal 52 y el conducto 34.
De nuevo, si el aceite está muy frío, tal como en las condiciones de
arranque del motor, muy poco, si lo hay, caudal pasa a través del
intercambiador de calor 12 y existe una derivación casi total a
través de la válvula de derivación 14. Cuando el aceite de la
transmisión comienza a calentarse, algún caudal comienza a pasar a
través del intercambiador de calor 12 y retorna a través del
conducto 32 a la cámara 48 y de nuevo a la transmisión a través del
conducto 34. Esto hace que el accionador 64 se caliente más rápido
que lo haría de otro modo. Cuando el aceite de la transmisión que
retorna a la transmisión a través del conducto de salida 34 alcanza
la temperatura predeterminada, el accionador 64 se extiende
cerrando el elemento de válvula 62 e interrumpiendo el flujo de
derivación. En esta configuración, cualquier sobrepresión que
pudiera producirse en el cierre del elemento de válvula 62 será
atenuado o modulado, porque el elemento de válvula 62 puede
elevarse fuera del asiento de válvula 60 por dicha sobrepresión,
puesto que el elemento de válvula 62 es solicitado hacia su
posición por el muelle helicoidal 74 y no permanentemente en
acoplamiento con el asiento de válvula 60. Dicho de otro modo, el
muelle helicoidal 74 puede absorber sobrepresiones en los conductos
de entrada 36, 28, de modo que no puedan retroceder ni afectar
desfavorablemente a la transmisión. Los circuitos de la válvula son
tales que la carcasa funciona como una cámara de mezcla, en la que
la corriente de fluido de derivación y la corriente de salida del
intercambiador de calor pueden mezclarse en contacto directo con el
accionador térmico, de modo que se amortigüen los transitorios
térmicos y el accionador es capaz de responder directamente a la
temperatura del aceite de la mezcla que retorna a la transmisión.
También durante la transición entre las operaciones de apertura y
cierre, la corriente de derivación caliente y la corriente de
retorno del enfriador de aceite más fría son mezcladas (según se
controla por el accionador de contacto 64) para atenuar los
transitorios de temperatura en el aceite que retorna a la
transmisión.
En la configuración de flujo inverso, el orificio
de válvula 54 se convierte en un orificio de entrada para la
válvula de derivación 14 y los otros orificios principales 50, 52
se hacen respectivamente los orificios de entrada y salida para la
válvula de derivación 14.
Otra ventaja de la válvula de derivación 14 es
que debido a que el accionador 64 está situado en la cámara 48 con
aceite circulando continuamente a través de ella, el accionador 64
se calienta y enfría con rapidez. Además, si el aceite de la
transmisión se sobrecalienta o experimenta una magnitud extrema de
la temperatura, no resultará dañado el accionador 64, porque está
siempre expuesto a algún caudal de retorno desde el intercambiador
de calor 12 en la cámara 48 en la configuración de flujo inverso o
en los orificios de bifurcación 56, 58 en la configuración de
flujo regular.
Como se mencionó anteriormente, la válvula de
derivación 14 tiene tres orificios principales. Si el orificio de
válvula 54 se considera que es el primer orificio principal, los
conductos 28, 36 pueden considerarse que son un primer conducto de
flujo que se comunica con el orificio de válvula 54 y una de las
aberturas de entrada y salida del intercambiador de calor 12,
dependiendo de si la válvula de derivación 14 es accionada en la
configuración de flujo regular o en la de flujo inverso.
Dependiendo de que el orificio de válvula 54 esté conectado a la
entrada o la salida del intercambiador de calor 12, un segundo
orificio principal, a saber el orificio principal 50, está
conectado a la otra de las aberturas de entrada y salida del
intercambiador de calor 12. Un segundo conducto de flujo, a saber
el conducto 34, se comunica con el tercer orificio principal, a
saber, el orificio principal 52 de la válvula de derivación 14.
Como así se describe, en la configuración de flujo inverso, el
primer conducto de flujo 28, 36 es la entrada del intercambiador
de calor. El segundo conducto 34 a través del conducto 32 se
convierte en la salida del intercambiador de calor. En la
configuración de flujo regular, el primer conducto de flujo 28, 36
se convierte en la salida del intercambiador de calor y el segundo
conducto de flujo 34, a través del conducto 32, se convierte en la
entrada del intercambiador de calor.
Con referencia ahora a las Figuras 5, 6, 7 y 8,
se muestra otra realización preferente de una válvula de derivación
86 que es similar a una válvula de derivación 14, pero dispone de
medios para bloquear completamente el flujo al intercambiador de
calor 12 en la configuración abierta de derivación. En la válvula
de derivación 86, el cierre desplazable 88 tiene una pluralidad de
orificios laterales 90, comunicándose uno de estos orificios
laterales con el orificio principal 50. El cierre 88 tiene también
un orificio axial 92 que se comunica con los orificios laterales
90. El orificio axial 92 tiene un asiento de válvula periférico 94 y
el motor térmico 64 tiene un segundo resalto anular 96 que forma
un segundo elemento de válvula que está adaptado para acoplar el
asiento de válvula periférico del orificio axial 92 y bloquear así
el flujo a o desde el orificio principal 50 cuando el elemento de
válvula 62 está en la posición abierta como se indica en la Figura
5. Se observará que, en esta realización, el orificio principal 52
está situado ligeramente más bajo que en la válvula de derivación
14 para poder admitir el cierre desplazable más largo 88. Aparte de
ello, la construcción y funcionamiento de la válvula de derivación
86 es prácticamente la misma que en el caso de la válvula de
derivación 14. La válvula de derivación 86 es de especial utilidad
cuando se usa un intercambiador de calor grande 12 que tiene una
resistencia de flujo interno relativamente baja en condiciones de
flujo en frío. En este caso resulta conveniente bloquear el flujo
al intercambiador de calor 12 utilizando el elemento de válvula
superior que está constituido por un resalto 96 y un asiento de
válvula 94 ó un aceite demasiado frío puede retornar a la
transmisión haciendo que tarde demasiado en calentarse.
La Figura 10 muestra un subconjunto o cartucho 98
para la válvula de derivación 86. Se observará que el cartucho 98
es similar al cartucho 84 de la Figura 9, excepto para el cierre
desplazable más largo 88.
Con referencia ahora a las Figuras 2, 11 y 12, la
válvula de derivación de tres orificios 44 se describirá ahora con
más detalle. La válvula de derivación 44 es similar a la válvula
de derivación 14, con la excepción de que la válvula de derivación
44 tiene un orificio de válvula o principal ensanchado 100 y un
conducto único 45 en comunicación con el orificio de válvula 100.
Como puede observarse en la Figura 2, el conducto 45 está conectado
a los conductos 28 y 36. En la configuración de flujo inverso, el
conducto 36 es la entrada al intercambiador de calor 12 y recibe
aceite caliente desde la transmisión. Este aceite fluye hacia
arriba a través del conducto 45 y a través del orificio de válvula
100 cuando está abierto el elemento de válvula de derivación 62.
Entonces, el flujo de derivación se desplaza a través de la cámara
48 al orificio principal 52 y al conducto 34. Cuando se cierra el
elemento de válvula 62, de modo que no exista ningún flujo de
derivación, el aceite que sale desde la transmisión, a través del
conducto 36, fluye al interior del conducto 28 y a través del
intercambiador de calor 12 para retornar a la transmisión a través
de los conductos 32, 34 como en el caso de la válvula de derivación
14. En la configuración de flujo regular, el aceite procedente de
la transmisión fluye a través del conducto 34, la cámara 48 y el
conducto 32 al interior del intercambiador de calor 12. El aceite
procedente del intercambiador de calor pasa a través del conducto
de salida 28 y si el elemento de válvula 62 está cerrado de modo
que no exista ningún flujo de derivación, el aceite circula a
través del conducto 36 y retorna a la transmisión. Si el elemento de
válvula 62 está abierto, de modo que exista un flujo de
derivación, el aceite desde el conducto 34 pasa a través del
orificio de válvula 100 y retorna a la transmisión a través del
conducto 36.
Las Figuras 13 y 14 muestran una válvula de
derivación de tres orificios 102 que tiene el conducto único 45 que
se comunica con el orificio de válvula 100 como en el caso de la
válvula de derivación 44 de las Figuras 11 y 12. La válvula de
derivación 102 tiene también el cierre desplazable 88 como en el
caso de la válvula de derivación 86 de las Figuras 5 y 6 para
proporcionar el bloqueo del flujo al intercambiador de calor
cuando se abre el elemento de válvula de derivación 62.
Habiendo descrito las realizaciones preferentes
de la invención, se apreciará que pueden efectuarse varias
modificaciones a las estructuras anteriormente descritas. En primer
lugar, aunque las válvulas de derivación 14, 44, 86 y 102 se hayan
descrito como siendo elementos discretos o separados del
intercambiador de calor 12 y los diversos conductos que se comunican
con las válvulas de derivación, estas últimas podrían integrarse en
los colectores de entrada y salida 16, 20 ó podrían unirse
directamente a los colectores de entrada y salida 16, 20 en lugar
de utilizar conductos 28, 32. En este caso, si el orificio de
válvula es el primer orificio principal y está conectado a una de
las aberturas de entrada y salida 26, 30, el segundo orificio
principal 50, la cámara 48 y el tercer orificio principal 52
podrían conectarse en serie directamente a la otra de las aberturas
de entrada y salida 26, 30. Más concretamente, si el orificio de
válvula 54 está conectado a la abertura de entrada del
intercambiador de calor 26, bien sea directamente, bien sea a
través de un conducto, el segundo orificio principal 50, la cámara
48 y el tercer orificio principal 52 podrían conectarse en serie
directamente o a través de un conducto a la abertura de salida 30 y
entonces, el tercer orificio principal 52 se convierte en la salida
del intercambiador de calor que hace retornar el aceite a la
transmisión. Análogamente, si el orificio de válvula 54 está
conectando a la abertura de salida del intercambiador de calor 30
directamente o a través de un conducto, el segundo orificio
principal 50, la cámara 48 y el tercer orificio principal 52
podrían conectarse en serie directamente o a través de un conducto
a la abertura de entrada del intercambiador de calor 26,
convirtiéndose entonces el tercer orificio principal 52 en la salida
del intercambiador de calor que recibe el aceite caliente desde la
transmisión.
Las válvulas de derivación han sido anteriormente
descritas para su uso con un enfriador del aceite de la transmisión
de automóvil como el intercambiador de calor, pero las válvulas de
derivación podrían usarse con cualquier otro tipo de
intercambiador de calor, tal como intercambiadores de calor de
enfriamiento del combustible y también en aplicaciones no del
automóvil. Otros tipos de accionadores térmicos pueden utilizarse
distintos al accionador del tipo de cera 64. Por ejemplo, los
accionadores termosensibles de aleación bimetálica o de perfil
adaptable podrían usarse para desplazar el elemento de válvula 62 y
también para proporcionar el bloqueo del intercambiador de calor
como en las válvulas de derivación 86 y 102. Para los expertos en
esta técnica será evidente la posibilidad de otras modificaciones
en las estructuras descritas.
A la luz de lo anteriormente expuesto, resultará
evidente para los expertos en esta técnica que se pueden realizar
numerosas alteraciones y modificaciones en la práctica de esta
invención. En consecuencia, el objeto de la invención tiene que
interpretarse de acuerdo con la sustancia definida por las
reivindicaciones siguientes.
Claims (18)
1. Una válvula de derivación para un circuito
intercambiador de calor que tiene una carcasa (46) que define una
cámara (48) provista de un primero, un segundo y un tercer
orificios principales que se comunican con la cámara, siendo el
primer orificio principal (54) un orificio de válvula de
derivación, teniendo el orificio de válvula (54) un eje central y un
asiento de válvula periférico (60), un accionador (64) sensible a
la temperatura, colocado dentro de la cámara y teniendo un árbol
central (66) de movimiento alternativo, colocado según este eje
geométrico central, siendo el árbol central (66) una parte de
extremidad cerrada (68) para cerrar parcialmente el orificio de
válvula (54) y un anillo (62) montado deslizante en el árbol
central (66) en la proximidad de la parte de extremidad cerrada
(68) y que atraviesa transversalmente el árbol central (66) para
acoplarse con el asiento de válvula (60) y cerrar completamente el
orificio de válvula, teniendo la parte de extremidad cerrada (68)
un tope (70) para evitar que el anillo no se desacople deslizándose
fuera del árbol central y un medio de empuje (74) para llevar el
anillo contra el tope, caracterizada por un muelle
antagonista (70) montado en la carcasa, bajo el anillo (62) y
conectado al árbol central (66) para empujar la extremidad del árbol
central (68) y retraerse para abrir el orificio de válvula
(54).
2. Una válvula de derivación según la
reivindicación 1, en la cual el árbol central (66) está provisto de
un resalto anular interior (72) y el medio de empuje (74) es un
muelle helicoidal insertado en el árbol central (66) entre el
resalto interior (72) y el anillo (62).
3. Una válvula de derivación según la
reivindicación 2, en la cual el accionador (64) es un motor térmico
destinado a desplazarse axialmente cuando se calienta a una
temperatura predeterminada y a retraerse cuando se enfría por
debajo de esta temperatura, formando el árbol central (66) parte
del motor térmico.
4. Una válvula de derivación según la
reivindicación 3, en la cual el muelle antagonista (70) está
montado de manera conectada al orificio de válvula (54).
5. Una válvula de derivación según la
reivindicación 4, en la cual el muelle antagonista (70) forma un
tope.
6. Una válvula de derivación según la
reivindicación 3, 4 ó 5, en la cual la carcasa (46) se comporta
como un medio de cierre móvil (80, 88) colocado mirando frente al
orificio de válvula (54), teniendo el motor térmico (64) un pistón
(76) conectado por medio del cierre. Este medio de cierre (80), el
motor térmico (64), el muelle helicoidal (74), el anillo (62) y el
muelle antagonista (70) forman un subconjunto (84) para la válvula
de derivación.
7. Una válvula de derivación según la
reivindicación 2 ó 3, en la cual el orificio de válvula (54) es un
orificio de salida, siendo los demás orificios principales (50, 52)
respectivamente el orificio de entrada y el orificio de salida.
8. Válvula de derivación según la reivindicación
2 ó 3, en la cual el orificio de válvula (54) es un orificio de
entrada, siendo los otros orificios principales (50, 52),
respectivamente, los orificios de entrada y de salida.
9. Válvula de derivación según una cualquiera de
las reivindicaciones 2 ó 3, en la cual la carcasa (46) comporta
también un primer y un segundo orificio de derivación (56, 58) que
se comunican con el orificio de la válvula (54).
10. Una válvula de derivación según la
reivindicación 9, en la cual uno de los orificios de derivación
(56, 58) es un orificio de entrada y el otro orificio de derivación
es un orificio de salida que se comunica con este último, siendo el
orificio de válvula (54) un orificio de entrada para la válvula de
derivación y los otros orificios principales siendo,
respectivamente, un orificio de entrada y un orificio de salida de
la válvula de derivación.
11. Una válvula de derivación según la
reivindicación 9, en la cual uno de los orificios de bifurcación
(56, 58) es un orificio de entrada y siendo el otro orificio de
bifurcación un orificio de salida que se comunica con este último,
siendo el orificio de válvula (54) un orificio de salida para la
válvula de derivación y los demás orificios principales siendo,
respectivamente, orificios de entrada y de salida de la válvula de
derivación.
12. Una válvula de derivación según la
reivindicación 3, en la cual la carcasa (46) tiene un medio de
cierre móvil (80, 88) colocado en un lugar opuesto al orificio de
válvula (54), teniendo el motor térmico un pistón (76) conectado al
medio de cierre.
13. Una válvula de derivación según la
reivindicación 12, en la cual el medio de cierre móvil (80, 88)
tiene un orificio lateral (90) y un orificio axial (92) que se
comunica con este último, estando el orificio lateral colocado de
manera que se comunique con uno de los orificios principales y
teniendo el orificio axial un asiento de válvula periférico (94),
teniendo el motor térmico (64) un segundo resalto anular (96) que
forma un segundo elemento de válvula para cooperar con el asiento
de la válvula del orificio axial y bloquear así uno de los
orificios principales.
14. Un intercambiador de calor que tiene un
colector de entrada (16) con una abertura de entrada (26) y un
colector de salida (20) con una abertura de salida (30), un
conjunto de conductos de intercambio de calor (22, 24) espaciados,
derivado entre el colector de entrada y el colector de salida, una
válvula de derivación (14, 44) según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, medios para conectar el orificio de
válvula a uno de los orificios de entrada y salida, medios para
conectar el segundo orificio principal, la cámara (48) y el tercer
orificio principal, en serie con el otro de los orificios de
entrada y de salida.
15. Un intercambiador de calor según la
reivindicación 14, en el cual el orificio de válvula (54) está
bifurcado de manera que se comunique con el orificio de entrada del
intercambiador de calor (26) y la salida del intercambiador.
16. Un intercambiador de calor según la
reivindicación 14, en el cual el orificio de válvula (54) está
conectado de manera que se comunique con el orificio de salida (30)
del intercambiador de calor y el segundo orificio principal (50),
la cámara (48) y el tercer orificio principal (52) están conectados
en serie con el orificio de entrada (26) del intercambiador de
calor, convirtiéndose el tercer orificio principal en la entrada
del intercambiador de calor.
17. Un intercambiador de calor según la
reivindicación 14, 15 ó 16, en el cual el medio para conectar el
orificio de válvula (54) y el segundo orificio principal (50) a los
orificios de entrada y de salida (26, 30) son conductos (28,
30).
18. Un intercambiador de calor según la
reivindicación 14, 15 ó 16, en el cual el medio para conectar el
orificio de válvula (54) y el segundo orificio principal (50) a los
orificios de entrada y de salida (26, 30) son conexiones directas
entre los orificios y las aberturas.
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