ES2350524T9 - Dispositivo de válvula y regulador de respiración que comprende dicho dispositivo. - Google Patents
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Description
Dispositivo de válvula y regulador de
respiración que comprende dicho dispositivo.
La presente invención se refiere a los
dispositivos de válvula y, más específicamente, a los dispositivos
de válvula equilibrados que se utilizan para controlar el flujo de
gas respirable a presión hasta los reguladores de respiración. La
invención se refiere además a dicho regulador de respiración.
\vskip1.000000\baselineskip
Los equipos de bucear incluyen un elemento
denominado "regulador de respiración", conectado con una o más
botellas de inmersión o su equivalente técnico y que sirve para
ajustar la presión de la botella a una presión regulada a un nivel
predeterminado. A este fin el regulador de respiración se dota de un
dispositivo de válvula. La Figura 1 ilustra de forma esquemática uno
de dichos dispositivos de válvula construidos de acuerdo con la
tecnología actual. Tal y como se explicará más adelante, la válvula
incluye una parte de entrada 11, a la presión de la botella
P_{entrada}, y una parte de salida 12, a la presión regulada
P_{salida}. Un cuerpo de válvula cónico 14 es móvil en un asiento
15. La parte de la salida 12 queda delimitada por un diafragma o una
membrana flexible 16, conectado con un muelle 17 que ejerce una
fuerza de muelle F_{muelle} en el diafragma 16. De este modo, una
parte del diafragma 16 está sometida a las fuerzas de la presión
regulada P_{salida} mientras la otra parte del diafragma está
sometida a fuerzas de la presión ambiental P_{ambiente}. La fuerza
del muelle, junto por ejemplo con las fuerzas ejercidas por el
diafragma 16, actúa/n en una varilla 18, conectada con el cuerpo de
la válvula y que ejerce, por tanto, una fuerza F_{varilla} en
dicho
cuerpo.
cuerpo.
La válvula ya conocida actúa del siguiente modo.
El desplazamiento del cuerpo de la válvula 14 está determinado por
las fuerzas a las que queda sometido. Dichas fuerzas incluyen (tal
como se muestra en la figura) una fuerza dirigida hacia arriba
F_{entrada}, determinada por la presión de la botella. A dicha
fuerza se oponen esencialmente las fuerzas que actúan hacia abajo
F_{salida}, que constan generalmente del efecto de la presión
reglada P_{salida} en el cuerpo de la válvula y de la fuerza de la
varilla F_{varilla}. Cuando un buzo que tiene una boquilla
conectada con la parte de salida inhala, provocando de este modo una
reducción en la presión regulada, se reduce la presión en el
diafragma 1 y a continuación el diafragma ejerce una fuerza mayor en
la varilla 18. A continuación aumenta la fuerza F_{varilla} y, en
el caso de una válvula en funcionamiento, el cuerpo de la válvula se
desplazará hacia abajo, permitiendo de este modo que el gas de la
botella entre por el asiento 15 hasta que la presión regulada haya
aumentado hasta un punto en que el cuerpo de la válvula se vuelva a
la posición indicada en la Figura
1.
1.
Un problema que se presenta en dichos
dispositivos de válvula actuales es que el desplazamiento del cuerpo
de la válvula queda en función de la presión de la botella, que en
caso de una botella llena puede ser equivalente a una presión
superatmosférica de aproximadamente 300 barios, y puede descender a
casi 0 barios durante su uso. Esto significa, a su vez, que variará
la característica de la válvula, junto con la presión regulada.
Han sido propuestas varias soluciones para
resolver este problema y en la Figura 2 se ilustra un ejemplo de
ellas. La válvula indicada en la Figura 2 se corresponde con la
válvula mostrada en la Figura 1 en muchos aspectos, aunque en este
último caso el cuerpo homogéneo de la válvula 14 se ha sustituido
por un cuerpo de válvula 14' que incluye un conducto pasante 14a'.
Dicho conducto conecta la salida 12 con un espacio 19, que se cierra
herméticamente contra la entrada 11 mediante una junta tórica 20.
Por consiguiente, dichas fuerzas F_{entrada} que actúan en el
cuerpo de la válvula desde la parte interior carecen esencialmente
de componentes axiales, proporcionando de este modo una válvula
equilibrada que facilita una presión regulada generalmente
independiente de P_{entrada}. Otra solución en la que se emplea
una junta tórica se divulga en la EP 0 807 571.
Sin embargo, el uso de un cuerpo de válvula de
este diseño acarrea la desventaja de que la superficie de cierre
entre el cuerpo de la válvula y el asiento tiende a la larga a
permitir fugas, por distintas razones. El acople entre el orificio y
el cono del cuerpo de la válvula debe ser perfecto - no se pueden
tolerar irregularidades. Después de haberse utilizado mucho tiempo,
el cono sufre desperfectos, en forma de rayas y surcos en el reborde
que define el orificio y el cono, los cuales facilitan las fugas por
la junta. Además, el cuerpo de la válvula debe ser recto, lo que
significa que el cuerpo se ha de orientar con la máxima precisión.
La junta tórica puede empezar a permitir fugas a causa de la
abrasión y otros tipos de desgaste, impidiendo de este modo el
efecto deseado de equilibrio y
sellado.
sellado.
Al utilizar un cuerpo esférico de estanqueidad
se evitan dichas desventajas asociadas con el uso de un cuerpo de
válvula cónico. Un cuerpo esférico es autodirigido, evitando de este
modo la necesidad de la orientación precisa que requiere un cuerpo
de válvula cónico.
Se divulgan en la US 4971108 un cuerpo de
válvula cónico guiado y un cuerpo de estanqueidad semiesférico.
\newpage
Es evidente, sin embargo, que la solución de
equilibrio ilustrada en la Figura 2 no se puede aplicar cuando un
cuerpo esférico se utiliza como medio de cerrar las válvulas.
\vskip1.000000\baselineskip
Constituye un objeto de la presente invención
proporcionar un dispositivo de válvula generalmente equilibrado, es
decir, un dispositivo de válvula con el cual la presión de la parte
de la salida se mantiene esencialmente constante a pesar de la
presión en la parte de la entrada.
La invención se basa en la constatación de que
el equilibrado del dispositivo de válvula se puede lograr haciendo
que el asiento en el que descansa el elemento que cierra la válvula
se desplazca por el efecto de la presión en tanto la parte de la
entrada como en la parte de salida de dicha válvula.
De acuerdo con la invención, se proporciona un
dispositivo de válvula de la forma definida en la
Reivindicación
1.
1.
De acuerdo con la invención, se proporciona
además un regulador de respiración que incluye dicho dispositivo de
válvula.
El dispositivo de válvula y el regulador de
respiración según la invención proporcionan una característica de
válvula esencialmente constante, a la vez que facilitan una solución
mecánicamente sencilla.
En una realización especialmente preferente, se
utiliza como elemento de cierre de la válvula un cuerpo esférico, o
bola. El elemento de cierre de la válvula es, por tanto,
autodirigido de forma ventajosa.
Otras realizaciones preferentes se definen en
las Reivindicaciones dependientes.
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación se describirá la invención de
forma más detallada como ejemplo, y además en relación con figuras
que se acompañan, en las cuales:
La Figura 1 es una ilustración esquemática de un
dispositivo de válvula no equilibrado según la técnica anterior;
La Figura 2 es una ilustración esquemática de un
dispositivo de válvula equilibrado según la técnica anterior;
La Figura 3 es una ilustración esquemática de un
dispositivo de válvula de acuerdo con la invención;
La Figura 4 ilustra un regulador de respiración
que incluye un dispositivo de válvula según la invención, estando
cerrada dicha válvula cuando prevalece una elevada presión en la
parte de la entrada;
La Figura 5 muestra el regulador de respiración
de la Figura 4 con la válvula abierta;
La Figura 6 muestra el regulador de respiración
de la Figura 4 con la válvula cerrada, al prevalecer una baja
presión en la parte de la entrada y
La Figura 7 muestra el regulador de la Figura 6
con la válvula abierta.
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación se describirá una realización
preferente de un dispositivo de válvula y un regulador de
respiración según la invención, con respecto a la Figura 3 en primer
lugar. Ha de constar que las direcciones mencionadas en la
descripción, por ejemplo "hacia arriba, abajo" etc. se refieren
únicamente a las direcciones mostradas en las figuras y por tanto no
se considerará que limiten el alcance de la invención al interpretar
las Reivindicaciones que se
acompañan.
acompañan.
La Figura 3 es un diagrama de principios de un
dispositivo de válvula según la invención. El dispositivo de válvula
incluye una parte de entrada 111, una parte de salida 112, un
diafragma o una membrana 116, un muelle de diafragma 117 y una
varilla 118. Dichos componentes de válvula se corresponden con los
componentes de válvula mostradas en la Figura 1. El dispositivo de
válvula incluye además un cuerpo de cierre de la válvula en forma de
bola 114, que descansa sobre una abertura 115a en un asiento 115. A
diferencia del asiento utilizado en la conocida tecnología de
válvulas, el asiento 114 se puede desplazar hacia arriba o abajo,
tal y como indica la flecha de doble cabeza en la Figura 3. Se logra
la estanqueidad entre las partes de la entrada y la salida mediante
una junta tórica 115b, adosada al asiento móvil, y un alojamiento
del regulador (no mostrado en la Figura 3). El muelle del asiento
119 está conectado con el asiento. De este modo, el asiento se puede
desplazar como respuesta a una diferencia de la presión entre la
parte de la entrada 111 y la parte de la salida 112, y además de
acuerdo con la característica de elasticidad del muelle 119. A fin
de obtener dicha función de válvula esencialmente equilibrada es
necesario que se cumplan las siguientes relaciones entre las zonas
correspondientes y las características del muelle.
en el
que
k(119) = la rigidez del muelle del
asiento 119;
k(117) = la rigidez del muelle del
diafragma 117;
A(115a) = la zona de la abertura 115a en
el asiento 115; y
A(115b) = la zona sellada por la junta
tórica 115b.
Es importante recordar que se trata de una
relación bastante simplificada que no tiene en cuenta por ejemplo la
fricción de la junta tórica y la fuerza del sellado.
Puesto que el asiento es móvil, la fuerza del
muelle variará de acuerdo con la posición del asiento, cuando la
bola descansa en el asiento. Ello permite compensar los cambios en
la presión del gas en la parte de la entrada con respecto a las
fuerzas del muelle modificadas "automáticamente". Por ejemplo,
si la presión de la botella disminuye, produciendo una menor fuerza
hacia arriba F_{entrada}, el asiento 115 se desplazará hacia abajo
en la figura. El muelle se extiende a consecuencia de dicho
movimiento hacia abajo del asiento, produciendo una reducción de la
fuerza que actúa hacia abajo F_{varilla}. Será fácil para una
persona experta en este sector técnico dimensionar los componentes
del regulador de modo que los cambios en las fuerzas dirigidas hacia
arriba y abajo que actúan en la bola se cancelen mutuamente,
logrando de este modo un equilibrado del dispositivo de la válvula;
ver la fórmula anterior.
A continuación se describirá en relación con las
Figuras 4-7 una realización de un regulador de
respiración 100 que incluye un dispositivo de válvula según la
invención. El regulador consta de un alojamiento 101 cuyo interior
está cerrado herméticamente contra las partes colindantes mediante
el diafragma 116. El alojamiento incluye una tapa 102 que funciona
como medio de contrapresión para el muelle 117. Asimismo, un
acoplamiento de la botella 103 está conectado con el alojamiento de
modo que forme una junta hermética.
El regulador de respiración incluye una parte de
entrada 111 adaptada para acoplarse con una o más botellas de buceo
(no mostradas) y una parte de salida 112 adaptada para acoplarse con
una boquilla de respiración (no mostrada). Las partes de entrada y
salida están separadas una de otra por un asiento de válvula 115. El
asiento de válvula es capaz de desplazarse hacia arriba y abajo y se
cierra contra el alojamiento 101 mediante una junta tórica 115b. El
asiento tiene una abertura axial pasante 115a de sección circular,
la cual conforma un conducto que conecta las partes de entrada y
salida. El movimiento del asiento se regula mediante un muelle
119.
Una bola 114 funciona como cuerpo de cierre de
la válvula. La bola descansa en el asiento 115 y cierra el conducto
115a en la posición mostrada en la Figura 4. La bola incide en una
varilla 118 que a su vez actúa en el diafragma 116 y de este modo en
un plato de presión 120 accionado hacia abajo mediante el muelle
117. La varilla está montada en un soporte 121 mediante un cojinete
deslizante (no mostrado). Por lo tanto, la función del soporte 121
es guiar la varilla 118, entre otros propósitos, y además sujetar el
muelle del asiento 119. El diseño del soporte ha sido concebido para
limitar el movimiento hacia arriba del asiento a una posición
extrema superior. El espacio en el que se dispone el plato de
presión 120 queda dividido por el diafragma flexible 116 en una
cámara inferior 123a, en conexión con la parte de salida 112 y una
cámara superior 123b.
El asiento de la válvula es esencialmente de
metal, aunque tiene una capa de plástico en la superficie contigua a
la bola. La bola es de acero o material cerámico. En el caso de la
realización preferente, el diafragma 116 es un diafragma de
rodillo.
La Figura 4 muestra el regulador de respiración
100 en su estado cerrado, con alta presión en la parte de la
entrada, en el que se apreciará que el asiento 115 se ha desplazado
un poco hacia arriba, alejándose del fondo de la cámara 112. Esta
situación es la que se encuentra al principio de una inmersión. La
Figura 5 muestra el regulador de respiración en la misma situación,
pero al inhalar, cuando el dispositivo de válvula está abierto. La
inhalación vacía el aire de la parte de la entrada, y por tanto
también la cámara inferior 123a, bajando la presión en la cámara.
Esto hace que el diafragma flexible 116 se desplazca hacia abajo y
por tanto ejerza fuerza en la varilla 118, que a su vez presiona la
bola 114 hacia abajo. Puesto que las fuerzas que presionan la bola
hacia abajo en esta posición exceden las fuerzas que la presionan
hacia arriba, la bola saldrá de su posición de estanqueidad en el
asiento y permitirá que el aire pase por el conducto 115a. Este
estado continúa hasta que las fuerzas que presionan bola hacia
arriba excedan la fuerza hacia abajo, es decir, cuando la presión en
la parte de la entrada, y por tanto en la cámara inferior 123a, haya
aumentado a una presión regulada deseada. En ese momento el
diafragma tiene que volver a la posición indicada en la Figura 4. La
presión superatmosférica en la botella de buceo se reduce tras ser
utilizado un tiempo y con ello la presión en la parte de entrada
111. La presión regulada en la parte de salida 112 permanecerá, sin
embargo, a la presión regulada deseada. Esto significa que el
asiento 115 se desplaza gradualmente hacia abajo y por último adopta
la posición inferior mostrada en las Figuras 6 y 7. A su vez esto
significa que las fuerzas ejercidas en la bola por la varilla 118
disminuyen, equilibrando las fuerzas reducidas que resultan de la
caída de presión en la botella de buceo. En otros aspectos, la
apertura y el cierre de la válvula en la posición indicada en las
Figuras 6 y 7 tendrán lugar exactamente como en la situación
descrita anteriormente en relación con las Figuras 4 y 5.
El regulador de respiración de la invención
logra el mismo efecto de equilibrado de válvula que el que se
lograba anteriormente con el sistema de cerrar la válvula mediante
el uso de un cuerpo de válvula cónico cerrado herméticamente
mediante una junta tórica, ver Fig. 2. Al mismo tiempo, se logran
las ventas ofrecidas por el uso de una bola como cuerpo de cierre de
la válvula, por ejemplo el efecto de
auto-orientación.
Aunque la invención se ha descrito en relación
con una realización preferente de un dispositivo de válvula y una
realización preferente de un regulador de respiración, una persona
experta en este sector técnico concreto entenderá que dichas
realizaciones se pueden variar o modificar dentro del alcance de las
Reivindicaciones que se acompañan. Por ejemplo, el asiento de
válvula puede constar por entero de metal, y la bola puede ser de
plástico. Para evitar el desgaste, la superficie del reborde del
conducto 115a, que funciona como superficie colindante en el asiento
115 contra la bola 114, puede estar revestida de un material de
plástico.
En el uso, la bola 114 descansa contra la
varilla 118. A fin de oponer la fuerza de la gravedad en la bola y
asegurar de este modo que la bola no se caiga al fondo debido a una
determinada posición del regulador, lo que podría colocar la bola en
una posición incorrecta en el asiento a causa, por ejemplo, de un
aumento muy lento o muy rápido de
P_{entrada} - se puede incorporar un muelle (no mostrado) entre la bola y el fondo del alojamiento del regulador. En este caso, el muelle será suficientemente débil para significar que la fuerza que añada sea insignificante o de forma alternativa, dicha fuerza adicional se puede incluir al dimensionar el regulador.
P_{entrada} - se puede incorporar un muelle (no mostrado) entre la bola y el fondo del alojamiento del regulador. En este caso, el muelle será suficientemente débil para significar que la fuerza que añada sea insignificante o de forma alternativa, dicha fuerza adicional se puede incluir al dimensionar el regulador.
Se ha demostrado que el asiento es móvil bajo el
efecto de la presión en las partes de la entrada y salida. Para
obtener las características deseadas de desplazamiento, se ha
descrito un muelle de asiento 119. De forma alternativa se puede
disponer varios muelles, por ejemplo muelles helicoidales o muelles
cónicos entre el asiento y el soporte 121. De forma alternativa, se
puede aprovechar la elasticidad intrínseca del asiento, es decir, su
capacidad de doblarse bajo presión, para obtener el movimiento
deseado del asiento. En este caso, la función del muelle del asiento
119 se sustituye por un asiento fijo en el que la flexión hacia el
exterior o la compresión del material del asiento sustituye la
función del muelle del asiento 119.
Se ha mostrado un muelle 117 que actúa en el
plato de presión 120. De forma alternativa, las fuerzas ejercidas
por el diafragma 116 pueden sustituir las fuerzas ejercidas por el
muelle, permitiendo de este modo que se omita el muelle.
Aunque se ha descrito una bola como cuerpo de
cierre de la válvula, se comprenderá que se puede utilizar también
un asiento móvil junto con un cuerpo cónico como medio de cerrar la
válvula.
El dispositivo servocontrolado puede incluir un
pistón en lugar de un diafragma flexible.
Aunque el dispositivo de válvula descrito se ha
concebido en primer lugar para buzos, se apreciará que el concepto
de la invención tal y como se define en las reivindicaciones
adjuntas abarca aplicaciones similares, tales como los equipos para
bomberos, equipos de tratamiento médico, etc.
Claims (10)
1. Dispositivo de válvula, concebido
concretamente para un regulador de respiración (100) para buzos, que
consta de:
- -
- una cámara de entrada (111) que se puede conectar con una fuente de gas a presión superatmosférica (P_{entrada});
- -
- una cámara de salida (112) a una presión regulada (P_{salida});
- -
- un asiento (114) dispuesto para conformar una junta estanca entre dicha cámara de entrada y dicha cámara de salida, que incluye un conducto pasante (115a) que interconecta dicha cámara de entrada con dicha cámara de salida; y
- -
- un elemento de válvula (114) dispuesto de forma móvil en dicho asiento y adaptado para abrir y cerrar dicho conducto, estando sometido dicho elemento de válvula a fuerzas que incluyen las fuerzas de dichas presiones superatmosférica y regulada; y
- -
- un elemento servocontrolado (116, 117, 118) adaptado para regular dicho elemento de válvula,
caracterizado
- -
- por que dicho asiento es móvil en función de la incidencia de dicha presión superatmosférica y de dicha presión regulada; y
- -
- por que dicho elemento servocontrolado ejerce en dicho elemento de válvula una fuerza que depende de la posición de dicho asiento móvil, de modo que dicha actuación, influenciada por variación de fuerzas, de dicho elemento de válvula por dicha presión superatmosférica quede compensada por una correspondiente fuerza variante de dicho elemento servocontrolado.
2. Dispositivo de válvula de acuerdo con La
Reivindicación 1, en que dicho elemento de válvula (114) es una
bola.
3. Dispositivo de válvula de acuerdo con La
Reivindicación 1, en que dicho elemento de válvula (114) es un
cuerpo de válvula cónico.
4. Dispositivo de válvula de acuerdo con
cualquiera de las Reivindicaciones 1-3, en que dicho
elemento servocontrolado incluye:
- -
- un diafragma flexible (116) en el que puede incidir dicha presión regulada (P_{salida}); y
- -
- una varilla (118) conectada con dicho diafragma;
- -
- en el que dicha varilla ejerce en dicho elemento de válvula en el asiento una fuerza en función de la diferencia entre una presión ambiental (P_{ambiente}); y dicha presión del regulador (P_{salida});
5. Dispositivo de válvula de acuerdo con
cualquiera de las Reivindicaciones 1-4, en que el
asiento (115) es de metal.
6. Dispositivo de válvula de acuerdo con la
Reivindicación 5, en el que una superficie de reborde de dicho
conducto (115a) que funciona como superficie colindante en dicho
asiento (115) contra dicho cuerpo de cierre de válvula (114) está
revestida de un material de plástico.
7. Dispositivo de válvula de acuerdo con
cualquiera de las Reivindicaciones 1-6, en que el
que la función del muelle (119) queda sustituida por un asiento de
soporte fijo, en el que la flexión hacia el exterior o la compresión
del material del asiento sustituyen la función del muelle (119).
8. Dispositivo de válvula de acuerdo con
cualquiera de las Reivindicaciones 1-7, compuesto
por un muelle (119) en conexión con dicho asiento.
9. Dispositivo de válvula de acuerdo con
cualquiera de las Reivindicaciones 1-8, en el que el
cuerpo de cierre de la válvula (114) consta de plástico o metal.
10. Regulador de respiración (100) dotado de un
alojamiento (101, 102) y que incluye un dispositivo de válvula de
acuerdo con cualquiera de las Reivindicaciones anteriores.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| SE0103478A SE521975E8 (sv) | 2001-10-18 | 2001-10-18 | Balanserad ventilanordning och andningsregulator innefattande sådan ventilanordning |
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| ES2350524T3 ES2350524T3 (es) | 2011-01-24 |
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| ES02775664T Expired - Lifetime ES2350524T3 (es) | 2001-10-18 | 2002-10-11 | Dispositivo de válvula y regulador de respiración que comprende dicho dispositivo. |
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