ES2244840T3 - Valvula de compuerta para grupos de combustible. - Google Patents

Abstract

Válvula de compuerta para grupos de combustible, con una compuerta (14) dispuesta en el interior de un canal de flujo (22, 24), un árbol (16) unido a la compuerta (14) para hacer bascular la compuerta (14) y una junta (30) unida a una pared de canal (38) que presenta al menos una cavidad de presión (32, 34), que está unida al canal de flujo (22, 24), caracterizada porque la junta (30) presenta dos superficies vueltas hacia la compuerta (14), que están unidas entre sí formando un ángulo mediante el cual se obtiene una punta dirigida hacia el canal de flujo (22, 24), en donde una de las superficies es una superficie de asiento (28) para asentarse sobre la compuerta (14).

Description

Válvula de compuerta para grupos de combustible.

La invención se refiere a una válvula de compuerta para grupos de combustible, que se utilizan en especial en vehículos de motor.

Los grupos de combustible para vehículos de motor presentan una celda de combustible, en la que normalmente se genera energía eléctrica con el uso de hidrógeno y oxígeno. Dado el caso, delante de la celda de combustible se conecta un reformador. Con ayuda del reformador puede obtenerse hidrógeno a partir de combustibles usuales como gasolina, diesel o metanol, que a continuación se alimenta a la celda de combustible. Mediante la preconexión de un reformador pueden usarse grupos de combustible en vehículos de motor, sin que sea necesario garantizar un suministro de hidrógeno que cubra toda su superficie. Entre el reformador y la celda de combustible se necesitan normalmente válvulas regulables, para poder alimentar a la celda de combustible la cantidad correspondiente de oxígeno e hidrógeno. En estas válvulas, configuradas por ejemplo como válvulas de compuerta, se trata por ejemplo de compuertas de estrangulación, que sirven de válvulas de regulación o desconexión o incluso de válvulas de derivación. Las válvulas de compuerta son además también necesarias cuando el grupo de combustible no presenta ningún reformador, pero cuando la celda de combustible se alimenta el hidrógeno desde un depósito de hidrógeno. Las válvulas están dispuestas seguidamente entre el depósito de hidrógeno y la celda de combustible.

En el caso de grupos de combustible es necesario que las válvulas utilizadas puedan cerrar un canal de flujo de forma muy estanca. Esto es por ejemplo necesario cuando se utiliza hidrógeno, ya que incluso con pequeños porcentajes de hidrógeno pueden explotar mezclas de hidrógeno y agua. Se necesitan además elevadas estanqueidades de las válvulas, ya que en el caso de hidrógeno se trata de un gas muy fluido, es decir, un gas con moléculas muy pequeñas.

Del documento US 3,650,508 se conoce una válvula de compuerta con una compuerta, que está dispuesta en el interior de un canal de flujo. Para hacer bascular la compuerta se ha unido un árbol a la compuerta. A una pared de canal de la válvula de compuerta está unida una junta que presenta una cavidad de presión, que está unida al canal de flujo. La junta presenta dos faldas de obturación que, en estado cerrado de la compuerta, hacen contacto con la compuerta.

La misión de la invención consiste en crear una válvula de compuerta para grupos de combustible, con la que pueda obtenerse una elevada estanqueidad sin elevadas fuerzas de graduación.

La solución de la misión se produce conforme a la invención mediante las particularidades de la reivindicación 1.

La válvula de compuerta conforme a la invención para grupos de combustible, en especial para grupos de combustible utilizados en vehículos de motor, que presentan una celda de combustible y dado el caso un reformador o un depósito de hidrógeno o similar, presenta una compuerta dispuesta en el interior de un canal de flujo. La junta presenta dos superficies vueltas hacia la compuerta, que están unidas entre sí conforme a la invención con un ángulo, mediante el cual se obtiene una punta dirigida hacia el canal de flujo, en donde una de las superficies es una superficie de asiento para asentarse sobre la compuerta. La compuerta está unida a un árbol. Mediante el accionamiento del árbol puede hacerse bascular la compuerta en el canal de flujo preferiblemente redondo. Para esto el árbol está unido por ejemplo a un módulo de accionamiento eléctrico con identificación adecuada de posición. Según la posición de la compuerta puede realizarse una regulación de la corriente másica o un cierre del canal.

Para cerrar de forma estanca el canal la válvula de compuerta presenta una junta unida a la pared de canal. La junta es con preferencia periférica, de tal modo que la compuerta está obturada en todo su perímetro con relación a la pared de canal. La junta presenta al menos una cavidad de presión que está unida al canal de flujo. Conforme a la invención, la junta presenta una región vuelta hacia la compuerta, cuya sección transversal tiene forma de flecha. Para esto la junta presenta exactamente una superficie de asiento y superficies que discurren radialmente, distanciadas de la compuerta. La presión que reina en la cavidad de presión conduce a que la junta sea presionada parcialmente hacia dentro del canal de flujo. Esto tiene como consecuencia, con la compuerta cerrada, que la junta o la superficie de asiento de la junta sea presionada con más intensidad sobre la compuerta y, de este modo, se aumente la estanqueidad. Debido a que la estanqueidad de la válvula de compuerta conforme a la invención se produce, a causa de prever una cavidad de presión en la junta, mediante la presión ejercida por el medio de flujo para el desplazamiento radial de la junta o para comprimir la junta sobre la compuerta, puede conseguirse una estanqueidad muy elevada con poco gasto de energía. En las juntas usuales, en las que se presiona una superficie de obturación contra una junta, sólo pueden conseguirse estanqueidades elevadas por medio de que la superficie de obturación sea presiona con gran fuerza contra la junta. La acción obturadora se intensifica, en el caso de la válvula de compuerta conforme a la invención, mediante la presión ejercida por el medio de flujo. Por ello no son necesarias elevadas fuerzas de graduación en el caso de las válvulas de compuerta conforme a la invención, de tal modo que la compuerta puede cerrarse y abrirse con un reducido par de giro.

A causa de la gran estanqueidad que puede alcanzar la válvula de compuerta conforme a la invención puede usarse una válvula de compuerta de activación sencilla, con poco gasto de energía, incluso en el caso de grupos de combustible en los que se utilicen gases muy fluidos y/o altamente explosivos.

El canal de flujo y la compuerta se fabrican con preferencia con un material resistente a la corrosión, en especial acero noble 1.4435 o de mayor calidad. La junta se fabrica con preferencia con un material elástico, en especial con un elastómero como fluoruro de caucho. Esto tiene la ventaja de que el hidrógeno y el agua desionizada que pudiera encontrarse en el medio, en los que se trata de materiales muy corrosivos que presentan una elevada corrosividad en especial a temperaturas elevadas y presiones elevadas, pueden conducirse también durante grandes espacios de tiempo a través de canales de flujo de este tipo, sin que se dañe la válvula de compuerta conforme a la invención. Las temperaturas que se producen pueden fluctuar entre -35ºC y 100ºC, en donde pueden producirse diferencias de presión de unos 2 bares. La válvula de compuerta conforme a la invención presenta de este modo una larga vida útil de hasta 6.000 h y más.

En el caso de una forma de ejecución especialmente preferida de la invención, la junta presenta al menos dos cavidades de presión unidas al canal de flujo. Las dos aberturas de las cavidades de flujo están orientadas en sentido opuesto. De este modo se genera en el canal de flujo, según el sentido de flujo del medio, siempre presión en una de las dos cavidades de presión. De este modo se garantiza que, incluso si se invierte el sentido de flujo, la junta haga un contacto estanco con la compuerta en el caso de cerrarse el canal de flujo.

Es especialmente ventajoso fijar la junta mediante un anillo de apriete en un rebajo de la pared de canal. Para esto el anillo de apriete puede estar dispuesto por ejemplo en una de las cavidades de presión, por ejemplo en el caso de una junta elastomérica estar inyectado alrededor por materia sintético, de tal manera que el anillo de apriete está dispuesto en el interior de la junta. Mediante la previsión de un anillo de apriete la junta se sujeta con seguridad en el rebajo, incluso en el caso de grandes diferencias de presión, entre las dos caras de la compuerta. Grandes diferencias de presión se producen por ejemplo en el caso de corrientes másicas muy pequeñas, es decir, una compuerta abierta sólo insignificantemente. Para esto es necesario asegurar que se tire de la junta en el canal de flujo.

A continuación se explica con más detalle la invención con base en una forma de ejecución preferida, haciendo referencia a los dibujos adjuntos.

Aquí muestran:

la fig. 1 una vista en corte esquemática de una válvula de derivación y

la fig. 2 una vista aumentada de la región II en la fig. 1.

En la fig. 1 se ha representado una válvula de derivación como ejemplo del uso de la válvula de compuerta conforme a la invención. Una válvula de compuerta correspondiente puede estar también dispuesta como válvula de bloqueo y regulación en un canal de flujo que se extiende de forma continua.

La válvula de derivación presenta dos válvulas de compuerta 10, 12 unidas entre sí. Cada válvula de compuerta presenta una compuerta 14, que están unidas entre sí a través de un árbol común 16. Las dos compuertas 14 están dispuestas con un ángulo de 90º una con relación a la otra. En el ejemplo de ejecución representado el medio fluye a través de un canal de alimentación 18 en la dirección de flujo 20. En el caso de la posición de compuerta representada un primer canal de flujo 22 está cerrado y un segundo canal de flujo 24 está abierto, de tal modo que el medio fluye a través del segundo canal de flujo 24. Para conectar las dos válvulas de compuerta el árbol común 16 está unido a un módulo de accionamiento eléctrico no representado. En el caso de una válvula de derivación se trata normalmente de un módulo de accionamiento, que hace girar de tal modo el árbol 16 que siempre está abierto uno de los dos canales de flujo 22, 24 y el otro cerrado. En especial en el caso de una válvula de compuerta que sirve de compuerta de estrangulación o similar, que sólo presenta una única compuerta, el módulo de accionamiento eléctrico está configurado de tal modo que la posición angular de la compuerta puede regularse de forma extraordinariamente fina.

En el caso de las compuertas 14 utilizadas se trata con preferencia de compuertas configuradas esféricamente, por ejemplo de segmentos esféricos. Por medio de esto se configura una superficie de asiento 26 de la compuerta 14, sobre la que se asienta una superficie de asiento 28 de una junta 30 (fig. 2). La junta 30 hace de este modo contacto con una superficie exterior de la compuerta 14, de tal modo que la obturación se produce en dirección radial. El árbol 16 está dispuesto con preferencia por fuera del plano central de la compuerta 14. Mediante esta conformación preferida de la compuerta y una disposición de este tipo del árbol puede materializarse una obturación muy buena y una buena regulación de la corriente másica.

La junta 30, en la que se trata con preferencia de una junta anular que circunda todo el canal de flujo 22, 24, presenta dos cavidades de presión 32, 34 opuestas entre sí. Las cavidades 32, 34 tienen igualmente forma de corona circular y se extienden por todo el perímetro del anillo de obturación 30. La junta 30 está dispuesta en un rebajo 36 de una pared de canal 38, que está configurada tubularmente y forma el canal de flujo 24 ó 22. Para esto se han dispuesto con preferencia al menos dos tercios de la anchura de la junta 30 en el interior del rebajo 36.

El anillo de obturación 30 está dispuesto en la dirección de flujo principal 20 del árbol 16. Esto tiene la ventaja de que puede conseguirse una buena obturación en el caso del flujo usual. La dirección de flujo principal es aquel flujo en el que se transporta el medio.

Las dos cavidades de presión 32, 34 están dispuestas consecutivamente en dirección radial, es decir, perpendicularmente a la pared de canal 38, de tal manera que se configuran una cavidad interior 32 y una cavidad exterior 34. Las dimensiones del rebajo 36 en la pared de canal se han elegido con relación a la anchura axial de la junta 30, de tal modo que se configuran dos canales 40, 42. Los dos canales 40, 42 están unidos al canal de flujo 24. Por medio de esto en las cavidades 32, 34 reina siempre una presión que también reina en el canal de flujo 24. En el caso de la compuerta 14 cerrada (fig. 1) sobre una cara 44 de la compuerta, que está sometida a presión, reina sobrepresión con relación a la cara opuesta 46. La cavidad exterior 34 está unida a través del canal 40 con la cara de sobrepresión 44 del canal de flujo 24.

Mediante la disposición de la junta 30 en el rebajo 36, la junta presenta en las dos columnas 40, 42 una superficie lisa que, en el caso de un desplazamiento radial de la junta 30 en la dirección de la flecha 48, sirven de superficies de deslizamiento.

En el caso de la compuerta cerrada reina en una o ambas cámaras 32, 34 una presión mediante la cual es presionada la junta 30 en la dirección de la flecha 48, es decir en dirección radial, contra la superficie 26 de la compuerta 14. Para un montaje fácil de la junta 30 la carcasa presenta en esta región con preferencia dos partes 50, 52.

Asimismo está previsto conforme a la invención un anillo de apriete 54 compuesto con preferencia de un acero elástico o similar. El anillo de apriete 54 está dispuesto, en el ejemplo de ejecución representado, en la cavidad de presión exterior 34 y sirve para sujetar la junta 30 en el rebajo 36. Esto es especialmente necesario en el caso de un ángulo de apertura reducido de la compuerta 14 y los grandes efectos de resaca que con ello se producen, para impedir que se tire de la junta 30 en el canal de flujo 24. Para sujetar el anillo de apriete 54 está previsto sobre la parte de carcasa 52 un talón o un suplemento 56, sobre el que se apoya el anillo de apriete 54. El apéndice tiene con preferencia forma de corona circular.

Claims (9)

1. Válvula de compuerta para grupos de combustible, con una compuerta (14) dispuesta en el interior de un canal de flujo (22, 24), un árbol (16) unido a la compuerta (14) para hacer bascular la compuerta (14) y una junta (30) unida a una pared de canal (38) que presenta al menos una cavidad de presión (32, 34), que está unida al canal de flujo (22, 24), caracterizada porque la junta (30) presenta dos superficies vueltas hacia la compuerta (14), que están unidas entre sí formando un ángulo mediante el cual se obtiene una punta dirigida hacia el canal de flujo (22, 24), en donde una de las superficies es una superficie de asiento (28) para asentarse sobre la compuerta (14).

2. Válvula de compuerta según la reivindicación 1, caracterizada porque la junta (30) presenta al menos dos cavidades de presión (33, 34) unidas al canal de flujo (22, 24), cuyas aberturas están orientadas en sentido opuesto.

3. Válvula de compuerta según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la junta (30) está dispuesta en la dirección de flujo principal (20) delante del árbol (16).

4. Válvula de compuerta según la reivindicación 2 ó 3, caracterizada porque las dos cavidades de presión (32, 34) están dispuestas consecutivamente en dirección radial (48).

5. Válvula de compuerta según una de las reivindicaciones 2-4, caracterizada porque una cavidad de presión exterior (34) está unida con la cara de sobrepresión (44).

6. Válvula de compuerta según una de las reivindicaciones 1-5, caracterizada porque la junta (3) está dispuesta parcialmente en el interior de un rebajo (36) previsto en la pared de canal (28).

7. Válvula de compuerta según una de las reivindicaciones 1-6, caracterizada por un anillo de apriete (54) que fija la junta (30).

8. Válvula de compuerta según la reivindicación 7, caracterizada porque el anillo de apriete (54) está dispuesto en una cavidad de presión (34).

9. Válvula de compuerta según una de las reivindicaciones 1-8, caracterizada porque la junta (30) presenta un material elástico, con preferencia un elastómero.