ES2263851T3 - Valvula multivia. - Google Patents

Abstract

Válvula multivía con una caja (1), que tiene una pluralidad de medios de entrada y salida (4, 6a, 6b) y una cámara (5) con una pluralidad de asientos de válvula (7a, 7b, 7c) cada uno asociado con una entrada o salida respectiva, un elemento de cierre (8) móvil entre los asientos de válvula (7a, 7b, 7c) y al menos un cilindro (10a, 10b) con una cámara de cilindro (13a, 13b), que contiene un fluido y está asociada con un dispositivo de calentamiento (17a, 17b) y que tiene un pistón (11a, 11 b, 11c) que se puede mover bajo la presión del fluido calentado en el cilindro (10a, 10b), estando el pistón en una posición para desplazar por su movimiento el elemento de cierre (8) de uno de los asientos de válvula (7a, 7b, 7c) a otro asiento de válvula (7a, 7b, 7c), caracterizada porque la cámara de cilindro (13a, 13b) en el curso del movimiento del pistón (11a, 11b, 11c) comunica temporalmente con uno de los medios de entrada y salida (4, 6a, 6b).

Description

Válvula multivía.

La presente invención se refiere a una válvula multivía así como a un circuito de fluido y un aparato refrigerador, en el que se puede usar dicha válvula multivía.

Se usan válvulas multivía en aparatos refrigeradores con más de una cámara de enfriamiento y con regulaciones de temperatura independientes una de otra de las varias cámaras de enfriamiento con el fin de alimentar selectivamente un flujo de refrigerante al evaporador respectivo de la cámara de enfriamiento donde se requiera. Las válvulas multivía de ese tipo se realizan convencionalmente como válvulas magnéticas en las que un elemento de cierre de un material ferromagnético se conmuta por la acción del campo magnético de un electroimán entre dos posiciones de reposo diferentes en las que en cada caso bloquea una de dos rutas posibles del refrigerante a través de la válvula. Con el fin de lograr buen sellado de la válvula magnética en sus diferentes posiciones de conmutación, el elemento de cierre en reposo debe ser empujado contra su asiento por una fuerza no demasiado pequeña; esta fuerza debe ser superada al conmutar la válvula para poner el elemento de conmutación en una posición nueva. Cuanto más fuerte es esta fuerza de cierre, mayor, más potente y correspondientemente más caro es el electromagnético requerido para ello.

Una válvula multivía se describe en US 4 114 645, cuyo elemento de cierre se regula por medio de un líquido que se calienta por medio de un dispositivo de calentamiento y por ello se expande.

Una tarea de la presente invención es facilitar una válvula multivía en la que el elemento de cierre se puede conmutar sin utilizar una fuerza magnética.

Otra tarea es facilitar una válvula multivía que se puede producir económicamente en grandes cantidades.

Esta tarea se logra con una válvula multivía con las características de la reivindicación 1.

En lugar de fuerza magnética, esta válvula magnética usa la expansión de un fluido calentado en una cámara con el fin de activar un movimiento de conmutación del elemento de cierre desde una posición de conmutación de la válvula a otra. La cámara de cilindro comunica temporalmente con uno de los medios de entrada y salida de la válvula en el curso del movimiento del pistón. Esto hace posible usar el fluido, que se conmuta por la válvula multivía, como fluido operativo en la cámara de cilindro. Así se asegura fácilmente que siempre haya suficiente fluido operativo para activar el movimiento del cilindro. No se requiere para operación de la válvula una estanqueidad absoluta de la cámara de cilindro durante largos períodos de tiempo, es decir, una pluralidad de ciclos de conmutación, lo que permite la producción económica de la válvula.

Preferiblemente cada asiento de la válvula está asociado con una salida respectiva de la válvula de modo que la presión del fluido que fluye a través de la válvula se pueda utilizar con el fin de empujar el elemento de cierre contra su asiento.

Con el fin de permitir la conmutación fiable de la válvula incluso en un estado donde no fluye fluido a su través, se dispone ventajosamente un elemento elástico que ejerce en el elemento de cierre una fuerza contraria opuesta al desplazamiento del elemento de cierre de cada asiento. Además, este elemento elástico puede asegurar que cuando el elemento de cierre se haya desplazado de su asiento, adopte una nueva posición de cierre en otro asiento.

El elemento de cierre se puede mover en una cámara de la caja, que se denomina aquí cámara de asiento. Los asientos de válvula están dispuestos preferiblemente en una primera pared de esta cámara de asiento, y el elemento elástico empuja el elemento de cierre en la dirección de la primera pared lateral, de manera que allí adopte una posición en uno de los asientos. El elemento elástico usado para ello es preferiblemente un resorte de lámina.

En cada caso, el cilindro está provisto preferiblemente de una abertura de igualación de presión que, en el estado salido del pistón, permite la igualación de presión entre una cámara de asiento y una cámara del cilindro. Cuando tiene lugar esta igualación de presión, termina el movimiento del pistón.

El cilindro tiene preferiblemente una pared trasera desplazable, empujada por muelle, que hace posible desplazar el pistón de un cilindro, que es movido por otro cilindro para efectuar el movimiento, al menos en una fase inicial de este movimiento meramente contra la fuerza elástica y sin compresión del fluido contenido en la cámara de cilindro.

Una cámara de muelle en el lado exterior de la pared trasera móvil, que recibe un muelle que empuja la pared trasera, puede comunicar con el entorno de la válvula multivía, pero preferiblemente con la cámara de asiento propiamente dicha, con el fin de que pueda cambiar el volumen de la cámara de muelle según sea necesario.

Preferiblemente, la construcción de válvula según la invención se usa en el caso de una válvula multivía con dos asientos y dos cilindros diametralmente opuestos; sin embargo, la invención también se puede utilizar en válvulas con un mayor número de asientos y cilindros.

Un dispositivo de calentamiento para calentar el fluido en la cámara de cilindro se dispone preferiblemente en la cámara de calentamiento que comunica con la cámara de cilindro, pero está desplazada de manera que proteja el dispositivo de calentamiento de los movimientos del cilindro.

La válvula multivía según la invención se puede utilizar para flujos de fluido gaseoso, líquido o parcialmente gaseoso y parcialmente líquido. Si el fluido que entra en la válvula multivía es un líquido o una mezcla de gas/líquido, un circuito de suministro para suministrar energía de calentamiento al dispositivo de calentamiento eléctrico se construye ventajosamente con una capacidad de potencia tal que esté en una posición en la que evapore al menos parcialmente el fluido empleado en la cámara de cilindro.

Otras características y ventajas de la invención son evidentes por la descripción de ejemplos de realización con referencia a las figuras acompañantes, en las que:

Las figuras 1 a 4 muestran vistas en sección longitudinal de una válvula multivía según una primera realización de la invención en cuatro fases diferentes de su operación.

Y la figura 5 muestra una vista en sección horizontal de una válvula multivía según una segunda realización de la invención.

La sección longitudinal de la figura 1 muestra una válvula multivía según una primera realización de la invención en un estado de reposo estable. La válvula tiene una caja 1 en forma de una pieza de tubo 2 que se cierra herméticamente en sus dos extremos por chapas pequeñas introducidas, por ejemplo soldadas 3.

La pieza de tubo 2 tiene tres agujeros que se abren a una cámara central de la caja 1, denominada cámara de asiento 5. Un conducto de entrada 4 para un fluido se introduce en un primer agujero en un plano de simetría, ilustrado como una línea de punto y trazo, de la caja 1, y un conducto de salida respectivo 6a o 6b con un asiento de válvula cónico hueco 7a o 7b se introduce en cada uno de dos agujeros en un lado diametralmente opuesto de la caja 1. Los conductos de salida 6a, 6b se extienden uno hacia otro en la dirección de la caja 1 de manera que los asientos de válvula 7a, 7b en el interior de la caja 1 se unan virtualmente uno a otro. Un elemento de cierre en forma de una bola 8 en el asiento derecho 7b bloquea el conducto de salida derecho 6b. Un resorte de lámina 9, que es simétrico con respecto al plano central y en el estado representado en la figura 1 presiona la bola 8 contra el asiento de válvula 7b y así mantiene cerrado el conducto de salida derecho 6b, se dispone en el lado del conducto de entrada 4 enfrente de los dos asientos de válvula 7a, 7b.

Dos cilindros 10a, 10b se alojan en la caja 1 a la derecha y la izquierda de la cámara de asiento 5. Un pistón 11a o 11b y una pared trasera desplazable 12a o 12b se unen a una cámara de cilindro 13a, 13b en un agujero de cada uno de los cilindros 10a, 10b. Una cámara de muelle respectiva 14a, 14b, en la que se aloja un muelle helicoidal 15a, 15b que presiona respectivamente la pared desplazable 12a o 12b alejándola de las chapas pequeñas 3 de la caja y aproximándola al centro de la válvula, se forma en los cuerpos de cilindro en cada caso fuera de las paredes traseras desplazables 12a, 12b. Los pistones 11a, 11b llevan en su lado superior orientado hacia fuera hacia la cámara de cilindro 13a o 13b un vástago 21 que en el estado representado en la figura 1 contacta la pared trasera desplazable 12a o 12b. Así, la fuerza elástica ejercida por los muelles helicoidales 15a, 15b se transmite a la bola 8 por medio de las paredes traseras desplazables 12a, 12b y los pistones 11a, 11b. Las fuerzas de los muelles 15 se orientan en sentido contrario y se compensan sustancialmente una a otra. Ninguno de los muelles 15 está en posición de superar la fuerza, ejercida por el resorte de lámina 9 en la bola 8 y que mantiene la bola presionada contra su asiento, y de desplazar la bola 8 de su asiento b.

Aparte de las cámaras de cilindro 13a, 13b, en ambos lados de la caja 1 y en comunicación con las cámaras de cilindro se ha dispuesto una cámara de calentamiento 16a, 16b en la que se dispone una resistencia 17a, 17b como elemento de calentamiento. Cables de corriente 18 para el suministro selectivo de corriente de la resistencia 17a o 17b pasan a través de la pieza de tubo 2. Dos cables de corriente 18 para cada resistencia de calentamiento 17a o 17b se muestran en las figuras. También es posible disponer en cada caso solamente un cable 18, que está aislado con relación a la caja 1, por la resistencia de calentamiento, que está conectada con un extremo de su hilo de calentamiento; el otro extremo de los dos hilos de calentamiento se puede aplicar por medio de la pieza de tubo metálico 2 a tierra.

En el estado representado en la figura 1, la cámara de cilindro derecho 13b, que se llena con el mismo fluido, que fluye a través de la válvula, está sellada con relación a la cámara de asiento 5 y sus medios de entrada y salida; el pistón 11b bloquea las aberturas de igualación de presión 23b. Si, en este estado, un suministro de corriente (no mostrado) suministra energía a la resistencia 17b, el fluido en la cámara de calentamiento 16b y en la cámara de cilindro 13b conectadas se calienta y comienza a expandirse. Esto tiene inicialmente la consecuencia de que, como se representa en la figura 2, la pared trasera desplazable 12b del cilindro 10b se desvía hacia atrás en dirección hacia fuera bajo la compresión simultánea del muelle helicoidal 15b. La carrera de esta retrodesviación puede ser sustancialmente menor que la ilustrada en la figura 2 y virtualmente cero.

El fluido, desplazado en ese caso de la cámara de muelle 14b, llega a la cámara de asiento 15 mediante un canal 19 y así se mezcla con el flujo de fluido que fluye a través de la válvula.

Un saliente 20b que sobresale hacia dentro de la pared de la cámara de muelle 14b, forma un tope que termina inmediatamente el movimiento hacia fuera de la pared trasera 12b. En el caso de calentamiento y evaporación adicionales del fluido en la cámara de cilindro 13b, se alcanza por último un estado donde la presión interna en la cámara de cilindro 13b es suficientemente grande de modo que el pistón 11b desplaza la bola 8 del asiento 7b contra la fuerza del resorte de lámina 9. La bola 8 comienza así a moverse a la izquierda como se representa en la figura 3. En ese caso también desplaza el pistón 11a y por medio de éste la pared trasera desplazable 12a del cilindro izquierdo 10a y en ese caso comprime su muelle helicoidal 15a. De esta forma, se alcanza en último lugar la posición de equilibrio inestable que se representa en la figura 3 y en la que la bola 8 es presionada por el resorte de lámina 9 en el centro contra un reborde 22 entre los dos asientos de válvula 7a, 7b. Tan pronto como este reborde 22 es superado por una expansión adicional del fluido calentado en la cámara de cilindro 13b, el resorte de lámina 9 asiste el desplazamiento adicional de la bola 8 a la izquierda y hacia abajo en las figuras sobre el asiento de válvula 7a. Mientras esto está teniendo lugar, el lado trasero del pistón 12b pasa por la abertura de igualación de presión 23b que pone la cámara de cilindro 13b en conexión con el canal 19. El fluido calentado escapa de la cámara de cilindro 13b y se produce el movimiento hacia dentro, producido por él, del pistón 11b. Al mismo tiempo, el muelle helicoidal comprimido 15b se puede estirar ahora de nuevo y empuja la pared trasera desplazable 12b hacia dentro hasta que choque contra la punta del vástago 21.

Así se produce la configuración que se representa en la figura 4 y es una imagen especular de la configuración de la figura 1. El suministro de corriente de la resistencia 17b se interrumpe ahora de modo que la cámara de calentamiento 16b y la cámara de cilindro 13b se puedan enfriar y la densidad del fluido adopta de nuevo el mismo valor que en las otras cámaras 5, 13a, 16a de la válvula.

Si posteriormente la resistencia 17a recibe energía de calentamiento, el proceso se realiza como imagen especular del descrito anteriormente y la bola 8 vuelve a la posición de la figura 1. El proceso de conmutación funciona independientemente de si a través de la caja fluye realmente fluido o si éste está estático en ella. La fuerza requerida para conmutar la bola 8 puede ser simplemente mayor en el caso de una válvula con flujo de fluido que en el caso sin flujo, dado que la presión de los flujos de fluido presiona la bola contra su asiento respectivo.

La invención también se puede utilizar en válvulas multivía con más de dos salidas. La figura 5 muestra una sección esquemática a través de una cámara de asiento 5 en la que la pared lateral de la cámara de asiento, en la que está dispuesto el asiento de válvula -aquí tres asientos 7a, 7b, 7c-, se representa en vista en planta. Uno de los asientos de válvula, que se representa como un círculo en línea de trazos 7b, está cerrado por la bola 8. Tres pistones 11a, 11b, 11c, cuyas cámaras de cilindro se construyen de la misma manera que la representada en las figuras 1 a 4 y no se ilustran en las figuras, están dispuestos simétricamente en cada caso a una espaciación angular de 120°. Cada pistón 11a, 11 b, 11c se dispone simétricamente enfrente de dos asientos de válvula 7b, 7c; 7c, 7a o 7a, 7b. La anchura de cada pistón, por ejemplo 11a, es suficientemente grande de modo que éste contacte tangencialmente la bola 8, cuando esté en uno de los dos asientos 7b, 7c dispuestos enfrente del pistón, y lo puede empujar hacia adelante y, por otra parte, es suficientemente pequeño para que el pistón se pueda desplazar hacia adelante al interior de la cámara de asiento 5 de modo que supere el reborde 22 entre los asientos de válvula adyacentes y, asistido por el resorte de lámina (no ilustrado aquí), llega al asiento de válvula 7a enfrente del pistón 11a sin que el pistón 11a contacte los otros dos pistones 11b, 11c.

Una válvula multivía como la descrita anteriormente se puede utilizar en particular en el circuito de refrigerante de un aparato refrigerador. En ese caso, el refrigerante que circula en el circuito, por ejemplo isobutano, se puede usar como sustancia refrigerante en las cámaras de cilindro 13a, 13b. La capacidad de potencia de las resistencias de calentamiento 17a, 17b así como un las dimensiones del circuito de suministro de corriente de calentamiento (no ilustrado) dependen suficientemente de las otras dimensiones del circuito refrigerante de modo que sean capaces de evaporar el refrigerante en las cámaras de cilindro 13a, 13b.

Claims (13)

1. Válvula multivía con una caja (1), que tiene una pluralidad de medios de entrada y salida (4, 6a, 6b) y una cámara (5) con una pluralidad de asientos de válvula (7a, 7b, 7c) cada uno asociado con una entrada o salida respectiva, un elemento de cierre (8) móvil entre los asientos de válvula (7a, 7b, 7c) y al menos un cilindro (10a, 10b) con una cámara de cilindro (13a, 13b), que contiene un fluido y está asociada con un dispositivo de calentamiento (17a, 17b) y que tiene un pistón (11a, 11 b, 11c) que se puede mover bajo la presión del fluido calentado en el cilindro (10a, 10b), estando el pistón en una posición para desplazar por su movimiento el elemento de cierre (8) de uno de los asientos de válvula (7a, 7b, 7c) a otro asiento de válvula (7a, 7b, 7c), caracterizada porque la cámara de cilindro (13a, 13b) en el curso del movimiento del pistón (11a, 11b, 11c) comunica temporalmente con uno de los medios de entrada y salida (4, 6a, 6b).

2. Válvula multivía según la reivindicación 1, caracterizada porque cada asiento de válvula (7a, 7b) está asociado con una salida respectiva (6a, 6b) de la caja (1).

3. Válvula multivía según la reivindicación 1 o 2, caracterizada por un elemento elástico (9) para ejercer una fuerza contraria en el elemento de cierre (8), que contrarresta el desplazamiento del elemento de cierre (8) de cada asiento de válvula (7a, 7b, 7c).

4. Válvula multivía según la reivindicación 3, caracterizada porque el elemento de cierre (8) se puede mover en una cámara de asiento (5) de la caja, porque los asientos (7a, 7b, 7c) están dispuestos en una primera pared lateral de la cámara de asiento y el elemento elástico (9) empuja el elemento de cierre (8) en la dirección de la primera pared lateral.

5. Válvula multivía según la reivindicación 3 o 4, caracterizada porque el elemento elástico es un resorte de lámina (9).

6. Válvula multivía según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el elemento de cierre (8) se puede mover en una cámara de asiento (5) de la caja (1) y porque el cilindro (10a, 10b) tiene una abertura de igualación de presión (23a, 23b) que en el estado salido del pistón (11a, 11b) permite la igualación de presión entre la cámara de asiento (5) y una cámara de cilindro (13a, 13b) del cilindro (10a, 10b).

7. Válvula multivía según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el cilindro (10a, 10b) tiene una pared trasera desplazable empujada por muelle (12a, 12b).

8. Válvula multivía según la reivindicación 7, caracterizada porque un muelle (15a, 15b) para empujar la pared trasera móvil (12a, 12b) se aloja en una cámara de muelle (14a, 14b) delimitada por la pared trasera móvil (12a, 12b) y en comunicación con la cámara de asiento (5).

9. Válvula multivía según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque tiene dos asientos (7a, 7b) y dos cilindros diametralmente opuestos (10a, 10b).

10. Válvula multivía según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el dispositivo de calentamiento (17a, 17b) está dispuesto en una cámara de calentamiento (16a, 16b) que comunica con una cámara de cilindro (13a, 13b) del cilindro (10a, 10b).

11. Circuito de fluido con una válvula multivía según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el fluido entra en estado al menos parcialmente líquido en la válvula multivía y porque un circuito de suministro para suministrar energía de calentamiento al dispositivo de calentamiento eléctrico se diseña para evaporar fluido en una cámara (13a, 13b) del cilindro (10a, 10b).

12. Circuito de fluido según la reivindicación 11, caracterizado porque el fluido es un refrigerante, en particular isobutano.

13. Aparato refrigerador, caracterizado porque una válvula multivía según una de las reivindicaciones 1 a 10 está dispuesta en un circuito de refrigerante del aparato refrigerador.