ES2299802T3 - Valvula. - Google Patents
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Abstract
Aparato de control de agua que tiene una carcasa hermética al agua que tiene un puerto de salida; un tubo alargado (101) localizado dentro de dicha carcasa; una primera abertura de flujo (102) en un extremo de dicho tubo (101); al menos una segunda abertura de flujo (103) a lo largo de la longitud de dicho tubo (101); un manguito (104) dispuesto para deslizarse a lo largo de dicho tubo (101) durante las condiciones de flujo de agua, y un dispositivo de colocación de manguito para ajustar la posición de dicho manguito (104) y de esta manera controlar el flujo de agua con lo que el agua se suministra a dicha primera abertura de flujo (102) y sale a través de dicha segunda abertura de flujo (103), caracterizado porque: un hueco (105) está presente entre dicho tubo (101) y dicho manguito (104) para permitir que parte del agua pase a través de dicho hueco (105) para desplazar dicho manguito (104) desde dicho tubo (101) y permitir algo de flujo incluso cuando esté en un estado totalmente cerrado.
Description
Válvula.
La presente invención se refiere a un
dispositivo de control de agua.
Se conocen válvulas para controlar el flujo de
agua. Se conocen también válvulas de mezcla de agua, para mezclar
agua a un caudal de salida y/o temperatura deseada. La publicación
australiana AU 26307/92 describe una válvula de mezcla de fluido
controlada electrónicamente.
El documento US 5.490.535 describe una válvula
para controlar un flujo de fluido. La válvula tiene un miembro de
entrada tubular que tiene regiones de salida abiertas en un extremo,
así como un miembro de control con forma de manguito que rodea y
está dispuesto para desplazarse axialmente a lo largo del miembro de
entrada. Cuando la válvula está cerrada, el miembro de control se
localiza en una posición tal que las regiones de salida del miembro
de entrada están cubiertas y cuando está abierta, el miembro de
control se desplaza a lo largo del miembro de entrada de manera que
el fluido puede fluir a través de las regiones de salida.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente
invención se proporciona un aparato de control de agua, de acuerdo
con la reivindicación 1.
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente
invención se proporciona un método de control del flujo de agua, de
acuerdo con la reivindicación 9.
La Figura 1 muestra un aparato de control de
flujo;
La figura 2 ilustra una realización del aparato
de control de flujo;
La Figura 3A muestra un aparato de control de
flujo en un estado cerrado;
La Figura 3B muestra el aparto de control de
flujo de la Figura 3A en un estado abierto;
La Figura 4 muestra una realización del aparato
de control de flujo;
La Figura 5A ilustra una válvula de cierre total
en un estado cerrado;
La Figura 5B ilustra una primera etapa de
apertura de la válvula de la Figura 5A;
La Figura 5C ilustra una segunda etapa de
apertura de la válvula de las Figuras 5A y 5B;
La Figura 6 ilustra un dispositivo de control de
flujo y una válvula de cierre total representada en una válvula de
tres vías;
La Figura 7 ilustra una realización que
incorpora dos dispositivos de control de fluido.
Figura
1
En la Figura 1 se muestra un dispositivo de
control de agua. El dispositivo incluye un tubo alargado (101). El
tubo alargado (101) incluye una primera abertura de flujo (102) en
un extremo del tubo. Además, se proporciona una o más segundas
aberturas de flujo (103) a lo largo de la longitud del tubo. En
realizaciones preferidas, se proporcionan tres o más aberturas que
se espacian preferiblemente sustancialmente equitativamente
circunferencialmente alrededor del tubo (101). Una segunda abertura
de flujo puede tomar la forma, por ejemplo, de una ranura
longitudinal, una abertura circular o hélice.
Para realizar el control de flujo de agua, se
dispone un manguito (104) que puede deslizarse a lo largo del tubo
(101) durante las condiciones de flujo de agua, que es cuando el
agua fluye desde la primera abertura (102) a través de las segundas
aberturas (103) o viceversa. El manguito (104) proporciona la
modulación del flujo de agua entre un bajo caudal y un alto
caudal.
Entre el tubo (101) y el manguito (104) se
proporciona un hueco (105). El hueco (105) está presente para
permitir que pase algo de agua a través de este hueco para
desplazar el manguito (104) radialmente desde el tubo. De esta
manera, se deja que el agua escape a través del hueco incluso cuando
el manguito (104) está en un estado totalmente cerrado; es decir,
las partes del manguito (104) cubren todas las segundas aberturas
(103).
Durante el funcionamiento, el movimiento del
manguito se consigue proporcionando un dispositivo de colocación de
manguito dispuesto para colocar el manguito (104) y de esta manera
controlar el grado de flujo de agua. En una realización, como se
muestra en la Figura 1, el dispositivo de colocación de manguito
incluye al menos un motor eléctrico (106) y engranajes cooperantes
(107). Se proporciona un cierre hermético impermeable al agua (108)
entre el motor (106) y los engranajes (107) y puede usarse un cierre
acoplado magnéticamente. El uso de un motor reversible que puede
funcionar en ambas direcciones permite que el flujo a través del
dispositivo de control de agua aumente y disminuya usando un solo
motor.
Figura
2
La Figura 2 muestra una realización de un
aparato de control de agua; por claridad no se muestra un
dispositivo de colocación de manguito.
Se proporcionan numerosas de las segundas
aberturas (201) a lo largo del tubo (202). El manguito (203) se
dispone para deslizarse a lo largo del tubo (202) bajo control
durante el funcionamiento mientras que el agua fluye a través del
hueco (204) entre el tubo (202) y el manguito (203). Según el
manguito (203) se mueve para aumentar el grado de recubrimiento de
las segundas aberturas (201), el grado de agua que fluye a través de
las segundas aberturas (201) disminuye. Sin embargo, cuando el
manguito (203) se mueve hacia el hueco (204) en posición totalmente
cerrada permite que algo de agua fluya a través de las segundas
aberturas (201), lo que actúa como lubricante para reducir la
resistencia al manguito (203) que se mueve a lo largo del tubo
(202). Esta minimización de la resistencia contra la colocación del
manguito permite el uso de un motor que utiliza bajos niveles de
potencia para colocar el manguito en condiciones de alta presión de
agua. Equilibrar las fuerzas hidrostáticas en el aparato de control
de agua proporciona ahorros de
energía y el uso parte del agua como lubricante proporciona una disminución adicional en el consumo de energía.
energía y el uso parte del agua como lubricante proporciona una disminución adicional en el consumo de energía.
Preferiblemente, el tubo y el manguito de un
dispositivo de control de agua se hacen de acero inoxidable, latón,
cerámico u otro material resistente al desgaste para evitar
picaduras (formación de cavidades alargadas). Esto es de particular
importancia para los extremos de las aberturas del tubo, donde el
agua puede forzarse a alta velocidad, especialmente cuando el
dispositivo está en estado totalmente cerrado.
Figuras 3A y
3B
En la Figura 3A, el dispositivo de control de
flujo se muestra en el estado totalmente cerrado, en el que el
flujo de agua se minimiza aunque no se detiene. En este estado parte
del agua (301) fluye entre el tubo y el manguito. Este flujo
permite que el manguito se mueva respecto al tubo con bajos niveles
de fuerza. Dicho flujo actúa para proporcionar movimiento sin
fricción del manguito a través del flujo de agua equilibrado
hidráulicamente entre el manguito y el tubo. El equilibrio
hidráulico conseguido con respecto al eje central de un tubo
depende del dimensionado y colocación de las segundas aberturas del
tubo.
El dispositivo de control de flujo se muestra en
un estado abierto de la Figura 3B donde el flujo de agua (302) está
maximizado.
El aparato de control de flujo permite la
modulación del flujo de agua desde un bajo nivel a un mayor nivel.
El cierre total del flujo de agua puede realizarse mediante una
válvula de cierre total de flujo de agua diferente que en algunas
aplicaciones está unida operativamente al dispositivo de control de
flujo. Preferiblemente, la válvula de cierre total se proporciona
aguas arriba del aparato de control de flujo. Puede proporcionarse
una válvula de cierre total que funciona manualmente.
Figura
4
La Figura 4 muestra un aparato de control de
agua preferido. Una válvula de cierre total de agua (401) se
proporciona aguas arriba del dispositivo de flujo de agua (402) que
está conectado al dispositivo de flujo de agua (402) mediante una
varilla (403). La varilla (403) está unida de forma rígida al
manguito (405) mediante una clavija (406) que pasa a través de las
segundas aberturas (407) del tubo (408). La disposición de la unión
es tal que el movimiento del manguito (405) provoca que la varilla
(403) haga funcionar la válvula de cierre total (401). La varilla
(403) se mantiene sustancialmente de forma central dentro de la
válvula (401) mediante una estructura marco (409) que proporciona
estabilidad axial, coloca la varilla (403) para permitir que se
mueva libremente a lo largo del eje del tubo (408) y está
configurada para permitir que el agua entre en la válvula (401).
La válvula de cierre total (401) de la Figura 4
es una válvula que funciona en dos etapas. La varilla (402) está
fijada a un cierre secundario (410) que se mueve en armonía con el
manguito (405). El cierre secundario (410) está conformado para
actuar como un cierre pequeño, de área baja que actúa sobre un
cierre principal (411). El cierre principal (411) flota axialmente
sobre la varilla (403) y está provisto con al menos una abertura
(412). El cierre principal (411) está conformado para proporcionar
un cierre mayor dentro del tubo (408). El cierre secundario (411)
está conformado para cerrar la abertura o aberturas en el cierre
principal (411) para proporcionar un cierre combinado. El cierre
total de la válvula (401) se efectúa cuando el cierre combinado se
apoya contra una superficie de detención, en este ejemplo
proporcionada por elastómeros con forma toroidal (junta tórica)
(413). Un bloque (414) se fija a la varilla (403) entre el cierre
principal (411) y la clavija (406) y se localiza para funcionar como
un dispositivo de control para el flujo de agua a través de la
válvula (401). Cuando el dispositivo de control de flujo (402) está
en estado cerrado no hay contacto entre el bloque (414) y el cierre
principal (411), sin embargo, durante la colocación del manguito
para abrir el dispositivo de control de flujo (402) el bloque (414)
empuja el cierre principal (411) lejos de la superficie de detención
para permitir que el agua fluya a través de la válvula (401). Se
proporciona un hueco entre el bloque (414) y el cierre principal
(411) para permitir el movimiento del cierre secundario (410) sin
que se mueva el cierre principal (411).
El aparato de control de agua se configura de
manera que cuando la válvula (401) se cierra, el manguito (405)
está en un estado totalmente cerrado y no pasa agua a través de la
válvula (401) o del dispositivo de control de flujo (402).
Figuras 5A, 5B y
5C
En la Figura 5A, una válvula que funciona en dos
etapas, de construcción similar a la válvula (401), se muestra en
estado cerrado. El agua que actúa contra el cierre menor (503) y el
cierre mayor (501) es suficiente para retener los cierres en la
posición cerrada para evitar que el flujo de agua pase a través de
la válvula.
En la Figura 5B se muestra una primera etapa de
apertura de la válvula. El manguito (502) del aparato de control de
agua se mueve hacia la válvula y esto provoca que el cierre menor
(503) se abra. El cierre menor (503) tiene un área superficial baja
contra el agua y, de esta manera, se requiere una fuerza
relativamente pequeña para abrir el cierre menor (503). Una vez que
el cierre menor (503) está en posición abierta, el agua fluye a
través de las aberturas (504) del cierre mayor (501) hacia el tubo
(505). Parte del agua fluirá a través del hueco entre el tubo (505)
y el manguito (502). Este flujo facilitará la colocación del
manguito reduciendo la resistencia al movimiento del manguito, sin
embargo, la tasa de fuga de este flujo es suficientemente baja para
permitir que el tubo (505) se llene con agua que fluye a través del
cierre mayor (504). Este flujo de agua hacia el tubo (505) provoca
que la presión de agua en cada lado del cierre mayor (501) se
iguale, permitiendo que el cierre mayor (501) se abra de esta
manera con la fuerza mínima.
En la Figura 5C se muestra una segunda etapa de
apertura de la válvula. Una vez que el tubo (505) se llena con
agua, el movimiento adicional del manguito (502) hacia el estado
abierto provoca que el bloque (506) se empuje contra el cierre
mayor (501). Después de la igualación de la presión de agua en cada
lado del cierre mayor (501), el cierre mayor (501) se eleva a la
posición abierta con fuerza hasta que el agua fluye a través de la
válvula de cierre total. El movimiento posterior del manguito (502)
hacia la posición abierta expone las segundas aberturas (507) del
tubo (505) aumentando de esta manera el flujo de agua a través del
dispositivo de control de flujo. La colocación del dispositivo
puede realizarse entonces para modular el flujo de agua a través del
dispositivo de control de agua entre el flujo bajo y el flujo
alto.
Para cerrar el flujo de agua, el manguito (502)
se vuelve a poner en la posición cerrada. Esta acción provoca que
el cierre menor (503) se empuje contra el cierre mayor (501) para
cerrar los huecos (504) en el cierre mayor (501) y mover el cierre
mayor (501) hacia la superficie de detención proporcionada por la
junta tórica (508). Cuando el cierre mayor (501) entra en contacto
con la superficie de detención, la presión de agua provoca que tanto
el cierre mayor (501) como el cierre menor (503) se cierren
herméticamente, cerrando de esta manera el flujo de agua a través
del dispositivo de control de agua.
La disposición de la válvula de cierre total es
tal que puede fluir un mayor volumen de agua a través de la válvula
con el cierre menor (503) abierto que a través del hueco entre el
tubo (504) y el manguito (502) del aparato de control de agua.
Figura
6
Un dispositivo de control de agua y válvula de
cierre total puede realizarse en una válvula de tres vías como se
ilustra en la Figura 6. En este ejemplo ilustrado, dos dispositivos
de control de agua, que proporcionan dos puertos, se sitúan dentro
de una carcasa (601). En una aplicación, un dispositivo de control
de agua recibe agua caliente y el otro recibe agua fría. Se
proporcionan dos controladores de agua (602), (603), uno para cada
dispositivo de control de agua, que se disponen para controlarlos
independientemente mediante motores reversibles individuales (604),
(605) y engranajes cooperantes (606), (607), respectivamente. Los
controladores de agua (602), (603) permiten que el agua entre en la
carcasa (601) para mezclarse a una temperatura deseada. Se
proporciona un tercer puerto (608).
La colocación de un manguito sobre su tubo
asociado puede determinarse mediante un microprocesador para
proporcionar la temperatura de salida y/o caudal de agua deseados,
que puede definirla un usuario o almacenarse en la memoria de un
microprocesador. La publicación australiana con número AU 26307/92
describe el uso de un microprocesador. Puede proporcionarse un
termistor o termostato mecánico situado aguas abajo de una cámara de
mezcla de fluido para producir señales que se usan para conseguir
y/o mantener una temperatura de fluido deseada.
Figura
7
La Figura 7 muestra una realización en la que
dos dispositivos de control de flujo (701), (702) se disponen en
paralelo entre sí con una carcasa hermética al agua (703) que tiene
un puerto de salida (704). Cada uno de los tubos de los
dispositivos de control de flujo (701), (702) está provisto con una
abertura (705), (706), respectivamente, y las aberturas (705),
(706) están desplazadas entre sí, es decir, están escalonadas
posicionalmente. Cada uno de los dispositivos de control de flujo
(701), (702) está provisto con un manguito (707), (708),
respectivamente, y los dos manguitos (707), (708) se unen juntos en
este ejemplo en un solo bloque de manguito (709). La posición del
bloque de manguito (709) es variable, para variar la posición de los
manguitos (707), (708) respecto a los tubos de los dispositivos de
control de flujo (701), (702), respectivamente en armonía, mediante
el funcionamiento de un tornillo de avance (710). El tornillo de
avance (710) entra en la carcasa (703) a través del cierre (711) y
proporciona control lineal. En una disposición alternativa, puede
usarse una manivela. En este ejemplo, se usa un solo motor para
controlar la posición del bloque de manguito (709) que controla los
flujos relativos de agua a través de los dispositivos de control de
flujo (701), (702). Esta realización puede usarse en una aplicación
doméstica tal como un grifo o ducha en la que uno de los
dispositivos de control de agua suministra agua caliente y el otro
agua fría. En una disposición alternativa de los dispositivos de
control de flujo, las aberturas no están desplazadas, sin embargo,
los manguitos si están desplazados.
La posición real del bloque de manguito (709)
puede determinarse mediante un microprocesador para proporcionar
agua mezclada a una temperatura de salida deseada como define un
usuario o almacenarse en la memoria de un microprocesador.
El ejemplo mostrado en la Figura 7 proporciona
control respecto a la temperatura del agua mezclada pero no del
caudal. Además, no se proporciona una válvula de cierre total
completo. El aparato de la Figura 7, sin embargo, puede combinarse
con una válvula de control de flujo adicional, aguas arriba. Dicha
válvula puede tomar la forma de una válvula de compuerta que
funciona manualmente que puede disponerse para proporcionar control
del flujo de agua a través de los puertos de entrada de agua y
proporcionar el cierre total del flujo de agua. De esta manera, un
usuario puede proporcionar un control de agua electrónico y manual,
por ejemplo, control de temperatura electrónico y control de flujo
manual. Puede proporcionarse una pantalla de visualización para el
usuario para suministrar indicaciones de los ajustes del flujo de
agua a un usuario.
En las aplicaciones en las que un dispositivo de
control de flujo se pone en serie con una bomba de agua, puede
usarse un microprocesador de control para iniciar el envío de una
señal a la bomba para conectar, desconectar o proporcionar un
estado intermedio. Preferiblemente las señales se transmiten
mediante un medio inalámbrico, por ejemplo por radiación
electromagnética.
En las aplicaciones de carcasa de tres vías, se
prefiere el uso de un motor o motores de baja potencia para
controlar la posición del manguito respecto al tubo de un
dispositivo de control de flujo. En aplicaciones domésticas, una
válvula de tres vías puede hacerse funcionar a partir de un
suministro de potencia que proporciona un pico de potencia de menos
de 1000 mW. Un dispositivo de control de agua como se ha descrito
puede usarse para controlar el flujo de agua a través de un sistema
calefactor, por ejemplo en un radiador o bajo un elemento calefactor
del suelo.
Claims (12)
1. Aparato de control de agua que tiene
una carcasa hermética al agua que tiene un
puerto de salida;
un tubo alargado (101) localizado dentro de
dicha carcasa;
una primera abertura de flujo (102) en un
extremo de dicho tubo (101);
al menos una segunda abertura de flujo (103) a
lo largo de la longitud de dicho tubo (101);
un manguito (104) dispuesto para deslizarse a lo
largo de dicho tubo (101) durante las condiciones de flujo de agua,
y
un dispositivo de colocación de manguito para
ajustar la posición de dicho manguito (104) y de esta manera
controlar el flujo de agua con lo que el agua se suministra a dicha
primera abertura de flujo (102) y sale a través de dicha segunda
abertura de flujo (103), caracterizado porque:
un hueco (105) está presente entre dicho tubo
(101) y dicho manguito (104) para permitir que parte del agua pase
a través de dicho hueco (105) para desplazar dicho manguito (104)
desde dicho tubo (101) y permitir algo de flujo incluso cuando esté
en un estado totalmente cerrado.
2. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que dicho tubo (101) es sustancialmente cilíndrico.
3. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1 o
la reivindicación 2, en el que dicho manguito (104) se enrolla
alrededor del exterior de dicho tubo (101).
4. Aparato de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que incluye una válvula de cierre
total separada (401) conectada a un suministro aguas arriba de dicha
abertura de flujo.
5. Aparato de acuerdo con la reivindicaron 4 en
el que tras la apertura, dicho dispositivo de colocación de
manguito se dispone para abrir dicha válvula de cierre total (401)
antes de mover dicho manguito (104).
6. Aparato de acuerdo con la reivindicación 4 o
la reivindicación 5 en el que dicho aparato comprende adicionalmente
una varilla (403) que proporciona una unión a dicha válvula de
cierre total (401), extendiéndose dicha varilla a través de dicho
tubo (408) y uniéndose a dicho manguito (405) de manera que el
movimiento de dicho manguito provoca el movimiento de dicha varilla
para hacer funcionar la válvula de cierre total.
7. Aparato de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 5 a 7, en el que la válvula de cierre total (401)
comprende un componente de válvula pequeño (410) para facilitar la
ecualización de la presión y un componente de válvula grande (411)
para facilitar el volumen de flujo.
8. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho dispositivo de colocación
de manguito se dispone para cooperar con un segundo dispositivo de
colocación de manguito de un segundo aparato similar, de manera que
según el aparato proporciona un aumento en el flujo de agua, dicho
segundo aparato proporciona una disminución en el flujo de agua y
viceversa.
9. Un método para controlar el flujo de agua,
que comprende las etapas de:
suministrar agua a una primera abertura de flujo
(102) en un extremo de un tubo (101);
recibir dicha agua de al menos una segunda
abertura de flujo (103) a lo largo de la longitud de dicho tubo
(101) hacia una carcasa que tiene un puerto de salida; y
colocar un manguito (104) dispuesto para
deslizarse a lo largo de dicho tubo (101) durante las condiciones
de flujo de agua, y caracterizado porque:
un hueco (105) está presente entre dicho
manguito (104) y el tubo (101) para permitir que parte del agua pase
a través de dicho hueco (105) para desplazar dicho manguito (104)
desde dicho tubo (101) y permitir algo de flujo incluso cuando está
en un estado totalmente cerrado.
10. Un método de acuerdo con la reivindicación
9, que incluye la etapa de cerrar el flujo de agua mediante una
válvula de cierre total separada (401).
11. Un método de acuerdo con la reivindicación 9
o la reivindicación 10 en el que un dispositivo de colocación de
manguito se configura para realizar las etapas cuando se inicia un
flujo de agua, que comprende:
abrir un componente de válvula pequeño (410)
para permitir la igualación de la presión;
abrir un componente de válvula grande (411) para
permitir el volumen de flujo, incluyendo el flujo a través de dicho
hueco (105);
ajustar la posición de dicho manguito (104) para
controlar el flujo de agua.
12. Un método de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 9 a 11 en el que el agua caliente se mezcla
con agua fría para producir un flujo de agua templada para
propósitos de lavado que comprende las etapas de:
suministrar agua caliente a dicha primera
abertura de flujo (102) en un extremo de dicho tubo (101);
recibir dicha agua caliente desde dicha al menos
una segunda abertura de flujo (103) a lo largo de la longitud de
dicho tubo (101) hacia dicha carcasa;
suministrar agua fría a una primera abertura de
flujo (102) en un extremo de un segundo tubo (101);
recibir dicha agua fría desde al menos una
segunda abertura (103) a lo largo de la longitud de dicho segundo
tubo (101) hacia dicha carcasa, con lo que dicha agua caliente
recibida se mezcla con dicha agua fría recibida; y
colocar dicho manguito (104) dispuesto para
deslizarse a lo largo de dicho primer tubo (101) en combinación con
la colocación de un segundo manguito (104) dispuesto para deslizarse
a lo largo de dicho segundo tubo (101), en el que los huecos (105)
están presentes entre cada uno de dicho manguito (104) y su tubo
respectivo (101) permitiendo que algo de agua pase a través de
dicho hueco (105) para desplazar dicho manguito (104) desde su tubo
respectivo (101) incluso cuando está en un estado totalmente
cerrado.
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