ES2233260T3 - Valvula de expansion y mecanismo de control para una valvula de expansion. - Google Patents

Abstract

Un mecanismo de mando de una válvula de expansión que consta de una cámara hermética que se llena con un gas sensible a la temperatura, una pared metálica que contiene al menos parcialmente la citada cámara hermética, un orificio de llenado circular (31) en la citada pared metálica con un borde del orificio de llenado circular superior, y una bola de acero (32) constituida por un émbolo para cerrar la citada cámara hermética, con el diámetro (d) de la bola de acero mayor que el diámetro interior (D) del citado orificio de llenado, estando la citada bola de acero (32) soldada por puntos en el citado orificio de llenado (31), que se caracteriza por que la relación D/d se encuentra en una gama entre 0, 6 y 0, 85.

Description

Válvula de expansión y mecanismo de control para una válvula de expansión.

La presente invención está relacionada con un mecanismo de mando, de conformidad con el preámbulo de las reivindicaciones.

En un sistema de refrigeración (ciclo refrigerante), el refrigerante gaseoso a baja presión (refrigerante a baja presión) enviado desde un evaporador a un compresor queda adiabáticamente comprimido por el compresor. Un condensador condensa el refrigerante gaseoso a alta temperatura y alta presión resultante mediante intercambio de calor para obtener un refrigerante líquido (refrigerante a alta presión). El citado refrigerante se expande adiabáticamente por medio de un limitador en la válvula de expansión para obtener un refrigerante atomizado a baja temperatura y baja presión. Dentro del evaporador, el refrigerante atomizado se evapora por el intercambio de calor con el aire ambiental, de manera que el refrigerante atomizado pasa a ser de nuevo refrigerante gaseoso a baja presión. La cantidad de refrigerante suministrada al evaporador se ajusta de acuerdo con una condición de carga del evaporador y utilizando como parámetro la temperatura del refrigerante a baja presión que se descarga desde el evaporador. El citado ajuste normalmente lo lleva a cabo la válvula de expansión.

El mecanismo de mando de una válvula de expansión consta de una cámara hermética limitada por un diafragma y una pared rígida metálica circundante. La cámara hermética contiene un gas sensible a la temperatura. El gas sensible a la temperatura cambia de volumen de acuerdo con la temperatura del refrigerante a baja presión que entra en contacto, por ejemplo, con el citado diafragma, de manera que también cambia la presión interna dentro de la cámara hermética. Por desplazamiento del citado diafragma se controla el mecanismo de la citada válvula, de forma que varía el grado de apertura de la válvula para ajustar el flujo.

EP 0 846 927 A presenta un método para llenar la cámara hermética de un mecanismo de mando de una válvula de expansión. En primer lugar, se corta un orificio de llenado en una parte de la pared metálica de la cámara hermética. A continuación se llena de gas sensible a la temperatura a través del orificio de llenado. Por último, el orificio de llenado se cierra con una bola de acero que tiene la forma de una bola de acero soldada por puntos en el orificio de llenado, por ejemplo, por soldadura por resistencia eléctrica a lo largo de la zona de contacto entre la bola de acero y el borde superior periférico del orificio de llenado. La superficie esférica regular de la bola de acero evita que se produzcan variaciones importantes del contacto con el borde del orificio de llenado, de manera que existen menos posibilidades de que se produzca una soldadura defectuosa. No obstante, no pueden garantizarse unas condiciones de soldadura estable, por lo que con frecuencia debe realizarse un cierre secundario mediante soldadura.

EP 831 283 A presenta una válvula de expansión, cerrando la cámara hermética del mecanismo de mando mediante un tapón metálico de forma cónica. El tapón se suelda por puntos hasta el exterior del orificio de llenado para cerrarlo después de llenar la cámara hermética con gas. Puesto que el orificio de llenado se cierra con el tapón cónico con soldadura por resistencia, y el tapón tiene una posición inclinada alineada, el ángulo entre la superficie exterior del tapón y la superficie interior del orificio de llenado varía, posiblemente causando una soldadura de mala calidad como resultado del citado contacto irregular. Una mala soldadura con una abertura situada dentro de la soldadura (punto) hace que el gas sensible a la temperatura rezume o produzca corrosión en hendiduras. Por lo tanto, el cierre secundario entre el tapón y el orificio de llenado se realiza, por ejemplo, por soldadura.

Es objetivo de la invención conseguir un mecanismo de mando de tipo descubierto utilizando una bola de acero para cerrar el orificio de llenado, dando lugar a un cierre de gran fiabilidad por ejemplo, mediante soldadura por resistencia.

El citado objetivo se consigue con las características de la reivindicación 1.

Si la relación D/d entre el diámetro interior D del orificio de llenado y el diámetro exterior d de la superficie esférica de la bola de acero se establece entre 0,6 y 0,85, puede formarse uniformemente una soldadura o bola por soldadura eléctrica en toda la circunferencia en torno a la porción de contacto entre la bola de acero y el orificio de llenado, lo cual mejora la fiabilidad del cierre del orificio de llenado. Además, puesto que no puede formarse una pequeña abertura en la zona de contacto entre la bola de acero y el borde del orificio de llenado, es posible evitar la corrosión en hendiduras.

El mismo resultado positivo se consigue si la bola de acero se suelda por puntos hasta el borde superior del orificio de llenado, de manera que se establece entre 37º y 58º el ángulo entre una línea que pasa por el centro de la bola de acero y el centro del orificio de llenado y una línea recta que atraviesa el centro de la bola de acero y un punto en el que la superficie esférica de la bola de acero toca el borde superior del orificio de llenado.

Además, es una ventaja para la calidad del cierre formado por la soldadura por puntos si la bola de acero soldada por puntos en el orificio de llenado se hunde durante la soldadura al aplicarle presión a una profundidad en el orificio de llenado que se ajusta a aproximadamente 0,3 mm +/- 0,1 mm. Esta medida impide la formación de incluso la más pequeña abertura en la zona de contacto.

Si la relación D/d es menor que 0,6, el efecto derivado es que la bola de acero se coloca como si estuviera situada sobre un objeto plano y el borde del orificio de llenado desciende, como vemos en la Fig. 6, de manera que el punto formado por la soldadura no se forma en torno a la zona de contacto entre la bola de acero y el borde del orificio de llenado, dificultando el cierre uniforme del orificio de llenado. Si D/d fuera mayor que 0,85, el efecto derivado sería que el borde del orificio de llenado se elevaría, como vemos en la Fig. 8, de manera que no se formaría el punto de soldadura en torno a la zona de aplicación de la presión.

Las representaciones de la invención se describen con ayuda de los dibujos. Los dibujos son:

Fig. 1 Una sección longitudinal de una representación de una válvula de expansión.

Figs. 2 a 5 Vistas en corte de distintas disposiciones entre una bola de acero y un orificio de llenado respectivamente.

Figs. 6 a 8 Vistas en corte respectivas que representan los estados de contacto de las representaciones de las Figs. 2 a 4 respectivamente.

Fig. 9 Vista en corte que representa una soldadura entre una bola de acero y un orificio de llenado para cerrar el citado orificio de llenado, así como una parte de la soldadura en escala ampliada.

Fig. 10 Vista en corte del estado en que la bola de acero está en contacto con el borde exterior del orificio de llenado antes de la soldadura.

Fig. 11 Vista en corte del estado en que la bola de acero está soldada por puntos en el orificio de llenado.

Fig. 12 Vista en corte y piezas del cierre en escala ampliada de una válvula de expansión convencional (tecnología anterior).

Fig. 13 Vista longitudinal en corte de una plantilla de llenado de gas sensible a la temperatura y

Fig. 14 Un gráfico que presenta las relaciones del diámetro entre los orificios de llenado y las bolas de acero.

La representación de una válvula de expansión que vemos en la Fig. 1 consta de un cuerpo de válvula 1, un mecanismo de válvula (válvula moderada) 2 dispuesto en el interior del citado cuerpo de válvula, y una cámara hermética 3 (mecanismo de mando) situada en la parte superior del cuerpo de válvula 1. El cuerpo de válvula 1 tiene un conducto para el refrigerante a alta presión 11 que suministra refrigerante a alta presión a un evaporador (que no aparece en a figura). En una zona intermedia del conducto 11 se forma un orificio restringido 13. También en el cuerpo de válvula 1 hay un conducto 12 para el refrigerante a baja presión para el paso del refrigerante a baja presión que se descarga desde el evaporador. El mecanismo de válvula 2 consta de un elemento de válvula en forma de bola 21 que varía el grado de apertura del orificio restringido 13. Éstos son otros componentes: un retén del elemento de válvula 22 que sujeta el elemento de válvula 21, un muelle espiral comprimido 23 que aplica una fuerza de presión ascendente al elemento de válvula 21 a través del retén del elemento de válvula 22, una tuerca de ajuste 24 para ajustar la presión de resorte del muelle 23, un elemento de cierre 25 como una junta tórica que provoca el cierre entre las tuercas de ajuste 24 y el cuerpo de válvula 1, y una varilla de accionamiento 26 acoplada al elemento de válvula 21.

En caso de variar la temperatura del refrigerante a baja presión en el conducto 12, con el consiguiente cambio de la presión interna en la cámara hermética 3, el mecanismo de válvula 2 ajusta el régimen del flujo del refrigerante a alta presión en el conducto del refrigerante a alta presión 11, ajustando en consecuencia el grado de apertura del conducto del refrigerante a alta presión 11 conectado a un puerto de entrada del evaporador, que no aparece en la figura.

La cámara hermética 3 se llena con un gas sensible a la temperatura que cambia de volumen (se expande o se contrae) en función de la temperatura del refrigerante a baja presión.

La citada cámara hermética 3 se cierra herméticamente mediante una bola de acero 32 que forma un tapón de metal que se fija mediante soldadura por resistencia, como una soldadura por resistencia a través de los salientes de las piezas que se van a unir o una soldadura por puntos en un orificio de llenado circular 31, tan pronto como el gas sensible a la temperatura la ha llenado. La bola de acero soldada 32 cierra el orificio de llenado 31. El límite de la citada cámara hermética lo constituye un diafragma 33, por ejemplo, una delgada película flexible que se desplaza en sentido vertical. Una pared metálica 34, por ejemplo de acero inoxidable, rodea el diafragma 33. Un soporte de diafragma 35 protege la superficie inferior del diafragma 33.

Un espacio que se encuentra debajo de la superficie inferior del diafragma 33 se comunica con el conducto 12. La presión en el citado espacio es igual a la del refrigerante a baja presión. Por consiguiente, si cambia la presión interna dentro de la cámara hermética 3, el diafragma 33 de la Fig. 1 se desplaza de acuerdo con la presión diferencial entre la presión interna dentro de la cámara hermética 3 y la presión del refrigerante a baja presión.

Una varilla de accionamiento 26 del elemento de válvula 21 pasa por un orificio de recepción 14 en el cuerpo de válvula 1 y se apoya en el soporte del diafragma 35. Hay una junta tórica 15 cuyo objetivo es el cierre. En sincronización con los desplazamientos del diafragma 33, se acciona el elemento de válvula 21 mediante la varilla de accionamiento 26. A medida que se desplaza el elemento de válvula 21, varía la zona de apertura del orificio restringido 13, en el que se controla la cantidad de refrigerante a alta presión que va al evaporador a través del conducto 11.

La bola de acero 32 tiene una superficie esférica con un diámetro exterior d. El diámetro interior del orificio de llenado 31 antes de la soldadura es D. La bola de acero 32 puede unirse al orificio de llenado 31 con gran fiabilidad de sellado mediante una soldadura por resistencia, si la relación del diámetro D/d se encuentra en la gama de 0,6 a 0,85.

Además de la relación D/d establecida para que se encuentre en la citada gama de 0,6 a 0,85, se establece un ángulo Q, Q1 a Q4 entre una línea que atraviesa el centro de la bola de acero 32 y el centro del orificio de llenado circular 31 y una línea recta que atraviesa el centro de la bola de acero y un punto en el que la superficie esférica de la bola de acero toca el borde del orificio de llenado, en una gama entre unos 37º y unos 58º (Figs. de 2 a 5).

Las Figs. de 2 a 5 representan casos en los que la bola de acero 32 tenía un diámetro d de 3,175 mm y se unía mediante una soldadura por resistencia al orificio de llenado 31, cuyo diámetro interior variaba dentro de una gama especificada.

En la Fig. 2, el orificio de llenado 31 tenía un diámetro interior D1 de 1,9 mm. El ángulo Q1 tenía aproximadamente 37º. La relación D/d era de aproximadamente 0,60.

En la Fig. 3, el orificio de llenado 31 tenía un diámetro interior D2 de 2,5 mm. El ángulo Q2 era de aproximadamente 45º. La relación D/d era de aproximadamente 0,705. En el caso representado, la bola de acero 32 estaba unida mediante soldadura por resistencia, de manera que el borde interior del orificio de llenado 33 no quedaba muy deformado, por ejemplo, como vemos en la Fig. 7.

En la Fig. 4, el orificio de llenado 31 tenía un diámetro interior D3 de 2,5 mm. El ángulo Q3 era de aproximadamente 52º. La relación D/d era de aproximadamente 0,79.

En la Fig. 5, el orificio de llenado 31 tenía un diámetro interior D4 de 2,7 mm. El ángulo Q4 era de aproximadamente 58º. La relación D/d era de aproximadamente 0,85.

En el caso de la Fig. 2, el borde del orificio de llenado 31 se había deformado hacia adentro y hacia abajo, como vemos en la Fig. 6. En el caso de la Fig. 5, la soldadura por resistencia se realizó de manera que el borde del orificio de llenado 31 estaba un tanto deformado hacia fuera y hacia arriba, como vemos en la Fig. 8. En ninguno de los casos se produjo una soldadura defectuosa.

Por añadidura, como vemos en la Fig. 9, podía formarse una soldadura (punto) 37 satisfactoria en torno a la porción de contacto entre la bola de acero 32 y el orificio de llenado 31 en todo el borde periférico del orificio de llenado 31 y, sin embargo, uniformemente en la misma circunferencia. Es decir, puesto que en la soldadura no se incluye una zona de presión aplicada situada entre el orificio de llenado 31 y la bola de acero 32, la bola de acero 32 puede ajustarse con fiabilidad. Además, en la porción de contacto entre la bola de acero 32 y el orificio de llenado 31 no se forma una abertura 39 dentro de la soldadura o el punto 32, sino en el exterior del mismo, por lo que puede evitarse la corrosión en hendiduras, así como mejorarse el cierre de la bola de acero 32.

En la Fig. 13 vemos una situación en la que se ha establecido una unidad de cámara hermética 40 con un gas sensible a la temperatura que llena la plantilla 50. La unidad de cámara hermética 40, incluido el diafragma 33 y la cámara hermética 3, se fija en su sitio entre los bloques superior e inferior 41 y 42, de manera que el orificio de llenado 31 queda orientado hacia abajo. El bloque inferior 41 tiene un orificio con salida 44 cuyo diámetro es algo mayor que el del orificio de llenado 31. El orificio 44 recibe un émbolo 45 de desplazamiento axial.

La bola de acero 32 se coloca en el extremo superior del émbolo 45 alineada con el orificio de llenado 31. El émbolo 45 puede desplazarse en sentido ascendente y descendente mediante un motor (que no aparece en la figura). Un tubo de inyección 48 sirve para introducir el gas sensible a la temperatura desde el exterior y se conecta a un espacio 47 en la parte central de la plantilla 50, donde está situada la zona central del orificio de llenado 31. El citado espacio 47 se cierra mediante los anillos de cierre 43 y 46.

Al llenar la cámara hermética 3 con gas sensible a la temperatura en la plantilla 50, en primer lugar el aire fuera del espacio 47 sale al exterior a través del tubo de inyección 48. A continuación, el gas sensible a la temperatura ocupa la cámara hermética 3. Posteriormente, el émbolo 45 asciende hasta que la bola de acero 32 entra en contacto con el borde del orificio de llenado 31. Acto seguido se aplica una tensión de soldadura eléctrica por puntos suficiente para producir instantáneamente gran cantidad de calor, como, por ejemplo, mediante soldadura por resistencia controlada por un inversor, entre el bloque superior 42 y el émbolo 45. Como consecuencia, en la porción de contacto con una pequeña zona de contacto entre la bola de acero 32 y el orificio de llenado 31, cortado en la pared metálica exterior de la cámara hermética 3, se forma instantáneamente una soldadura por puntos de cierre.

Como vemos en las Figs. 10 y 11, la soldadura por puntos o soldadura por resistencia a través de los salientes de las piezas que se van a unir se lleva a cabo con una bola de acero en contacto con el orificio de llenado 31. En este caso, la soldadura por resistencia se realiza de manera que la bola de acero 32 se hunde a una profundidad X en la superficie periférica interna del orificio de llenado 31. La citada profundidad X se ajusta para que se encuentre en una gama de aproximadamente 0,3 mm +/- 0,1 mm. En este caso, el punto 37 se forma en la misma circunferencia en torno a la porción de contacto entre el borde del orificio de llenado 31 y la bola de acero 32, como vemos en la Fig. 11. Presionando ligeramente la bola de acero 32 en el orificio de llenado 31 puede mejorarse la precisión del cierre.

En la Fig. 14 vemos los datos de medición para ajustar la relación D/d, es decir, la relación entre el diámetro interior D del orificio de llenado 31 y el diámetro exterior d de la superficie esférica de la bola de acero 32. La citada relación debería establecerse a un valor dentro de una gama entre 0,6 y 0,85. En el cuadro vemos los datos de medición relativos al orificio de llenado o el diámetro del orificio y la bola de acero o el diámetro de la bola con las respectivas y distintas magnitudes de diámetros. Los citados datos se obtuvieron con bolas de acero con distintos diámetros de 2,5 mm, 3,175 mm, 3,5 mm, 3,97 mm y 4,5 mm, a modo de ejemplo y no sólo utilizando una bola de acero de un diámetro fijo.

Claims (3)

1. Un mecanismo de mando de una válvula de expansión que consta de una cámara hermética que se llena con un gas sensible a la temperatura, una pared metálica que contiene al menos parcialmente la citada cámara hermética, un orificio de llenado circular (31) en la citada pared metálica con un borde del orificio de llenado circular superior, y una bola de acero (32) constituida por un émbolo para cerrar la citada cámara hermética, con el diámetro (d) de la bola de acero mayor que el diámetro interior (D) del citado orificio de llenado, estando la citada bola de acero (32) soldada por puntos en el citado orificio de llenado (31), que se caracteriza porque la relación D/d se encuentra en una gama entre 0,6 y 0,85.

2. Un mecanismo de mando, como en la reivindicación 1, que se caracteriza porque la citada bola de acero (32) se desplaza durante el proceso de soldadura desde una primera posición con su superficie esférica cerrada en el citado borde circular del citado orificio de llenado (31) en la dirección del eje del orificio de llenado a una profundidad (X) entre aproximadamente 0,2 mm y aproximadamente 0,4 mm en el citado orificio de llenado.

3. Un mecanismo de mando, como en las reivindicaciones 1 ó 2, que se caracteriza porque el citado mecanismo de mando (3) está incluido en la citada válvula de expansión, conteniendo la citada válvula de expansión un mecanismo de válvula (2) para regular el régimen del flujo de un refrigerante a alta presión a través de un conducto para el refrigerante a alta presión (11), controlando el citado mecanismo de mando el citado mecanismo de válvula (2) de conformidad con un cambio de presión en la citada cámara hermética producido por un cambio de volumen del citado gas sensible a la temperatura que está inducido por un cambio de temperatura del refrigerante a baja presión en un conducto del refrigerante a baja presión (12) del refrigerante descargado desde un evaporador.