ES2838681T3 - Válvula proporcional, ducha eléctrica que incorpora la válvula proporcional y grifo que incorpora la misma - Google Patents

Abstract

Una válvula proporcional que comprende: un puerto (3) de entrada y un puerto (5) de salida; un diafragma (19) provisto entre el puerto de entrada y el puerto de salida, una placa (21) de diafragma montada en el diafragma, teniendo la placa de diafragma un orificio (31) piloto formado a su través; un solenoide (7) que comprende un inducido (15) y un devanado (17) de campo, siendo el inducido móvil en una primera dirección en respuesta a un campo magnético generado por el devanado de campo, medios (13) de desviación dispuestos para proporcionar una fuerza de desviación al inducido en una dirección opuesta a dicha primera dirección, en el que en ausencia de corriente en el solenoide, la fuerza de desviación está dispuesta para empujar al inducido a colocar la placa del diafragma en un orificio (20) principal entre el puerto de entrada y el puerto de salida para bloquear el flujo de fluido entre ellos, con el inducido bloqueando el orificio piloto, en el que el movimiento del inducido en dicha primera dirección en respuesta a un campo magnético generado por el devanado de campo abre el orificio piloto para permitir que el fluido fluya a través de este, y permite que la placa del diafragma se mueva fuera del orificio principal para crear una brecha entre ellos permitiendo el flujo de fluido desde el puerto de entrada al puerto de salida, caracterizada porque en el que dichos medios de desviación comprenden dos resortes (51, 52) de compresión en espiral, uno asentado axialmente dentro del otro, en el que los dos resortes (51, 52) están dispuestos para ejercer una fuerza de desviación sobre el inducido (15) en diferentes etapas durante el recorrido del inducido, con el fin de ejercer una fuerza variable sobre el inducido durante al menos parte de su recorrido.

Description

DESCRIPCIÓN

Válvula proporcional, ducha eléctrica que incorpora la válvula proporcional y grifo que incorpora la misma

La presente invención se refiere a una válvula proporcional que puede incorporarse en una ducha eléctrica.

Hay muchas válvulas conocidas para controlar el flujo de un fluido a través de un sistema. Una válvula proporcional permite variar el caudal en un intervalo variando la señal aplicada a un solenoide que forma parte de la válvula proporcional.

Se conocen válvulas proporcionales en las que un puerto de entrada está en comunicación fluida con una cámara de control a través de pequeños orificios previstos en un diafragma. El diafragma lleva una placa de diafragma que, cuando se coloca en un orificio principal entre el puerto de entrada y un puerto de salida, bloquea el trayecto de flujo entre el puerto de entrada y el puerto de salida, excepto por un orificio piloto a través de la placa del diafragma. El solenoide tiene un inducido que, en ausencia de una señal que se aplica al devanado de campo del solenoide, es empujada por un resorte para pasar a través de la cámara de control y hacer tope con la placa del diafragma para mover la placa del diafragma al orificio principal y bloquear el orificio piloto. La presión del fluido en la cámara de control ayuda a mantener la placa del diafragma en el orificio principal, de modo que no fluya fluido desde el puerto de entrada al puerto de salida cuando no se aplica ninguna señal al devanado de campo del solenoide.

Cuando se aplica una señal al devanado de campo para alejar el inducido de la placa del diafragma contra la fuerza del resorte, el fluido puede pasar a través del orificio piloto creando una diferencia de presión que permite que la placa del diafragma se eleve del orificio principal para que el fluido pueda fluir entre el puerto de entrada y el puerto de salida a través del orificio principal. En particular, la placa del diafragma se eleva fuera del orificio principal hasta que la placa del diafragma se apoya una vez más en el extremo del inducido. La posición del extremo del inducido está determinada por la señal aplicada al devanado de campo del solenoide y, en consecuencia, la brecha disponible para que el fluido fluya a través del orificio principal está determinada por la señal aplicada al devanado de campo del solenoide.

Para una ducha eléctrica, se desean válvulas proporcionales que logren flujos medios de 0,5 litros por minuto a 12 litros por minuto con una presión de agua dinámica de 0,5 a 5 bares. Un problema con las válvulas proporcionales conocidas es que bajo la presión del agua de la red, a un caudal bajo, hay una oleada de agua transitoria inicial cuando la válvula se abre por primera vez, antes de que se alcance un caudal de estado estable. Los intentos anteriores de abordar este problema se han concentrado en las fuerzas aplicadas sobre el inducido por el devanado de campo del solenoide y el resorte.

El documento US-A-5 231 722 muestra una válvula proporcional que divulga las características definidas en el preámbulo de la reivindicación 1.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona una válvula proporcional que comprende: un puerto de entrada y un puerto de salida; un diafragma provisto entre el puerto de entrada y el puerto de salida, una placa de diafragma montada en el diafragma, teniendo la placa de diafragma un orificio piloto formado a través del mismo; un solenoide que comprende un inducido y un devanado de campo, siendo el inducido móvil en una primera dirección en respuesta a un campo magnético generado por el devanado de campo, medios de desviación dispuestos para proporcionar una fuerza de desviación al inducido en una dirección opuesta a dicha primera dirección, en el que en ausencia de corriente en el solenoide, la fuerza de desviación está dispuesta para instar al inducido a colocar la placa del diafragma en un orificio principal entre el puerto de entrada y el puerto de salida para bloquear el flujo de fluido entre ellos, con el inducido bloqueando el orificio piloto, en el que el movimiento del inducido en dicha primera dirección en respuesta a un campo magnético generado por el devanado de campo abre el orificio piloto para permitir que el fluido fluya a través del mismo, y permite que la placa del diafragma se mueva fuera de la orificio para crear una brecha entre ellos permitiendo el flujo de fluido desde el puerto de entrada al puerto de salida, caracterizado porque dichos medios de desviación comprenden dos resortes de compresión en espiral, uno asentado axialmente dentro del otro, donde los dos resortes están dispuestos para ejercer una fuerza de desviación sobre el inducido en diferentes etapas durante el recorrido del inducido, con el fin de ejercer una fuerza variable sobre el inducido durante al menos parte de su recorrido.

Las características preferidas se establecen en las reivindicaciones dependientes.

A modo de ejemplo, ahora se describirán en detalle realizaciones de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 muestra una vista en perspectiva de una válvula proporcional de acuerdo con la invención; La figura 2 muestra una sección transversal a través de la válvula ilustrada en la figura 1;

La figura 3 es un detalle ampliado del ensamblaje de resorte de la válvula ilustrada en la figura 1; La figura 4a muestra una sección transversal a través de una placa de diafragma que forma parte de la válvula ilustrada en la figura 1;

Las figuras 4b y 4c muestran respectivamente vistas lateral y superior de la placa de diafragma;

Las figuras 5a a 5e muestran la placa de diafragma en cinco posiciones diferentes con respecto al orificio principal;

La figura 6 ilustra un sistema de ducha controlado electrónicamente que tiene entradas fría y caliente, en el que el caudal a través de cada entrada está controlado por la válvula de la figura 1;

La figura 7 muestra un sistema de ducha controlado electrónicamente que tiene una entrada fría que alimenta un calentador, en el que el caudal a través de la entrada fría es controlado por la válvula de la figura 1;

La figura 8 es un detalle ampliado de parte de la placa de diafragma de la válvula de la figura 1;

La figura 9 es un gráfico del área de flujo frente al desplazamiento de la placa de diafragma;

La figura 10 es una tabla de medidas del área de flujo frente al desplazamiento de la placa de diafragma; y La figura 11 es un gráfico de la fuerza de desviación generada por el ensamblaje de resorte de la válvula ilustrada en la figura 1.

Como se muestra en la figura 1, en una realización de la invención una válvula 1 proporcional tiene un puerto 3 de entrada y un puerto 5 de salida. La válvula 1 incluye un solenoide 7 que tiene contactos 9a y 9b eléctricos. En esta realización, el solenoide 7 es un solenoide de 24 V DC 8 W. Como se discutirá con más detalle a continuación, el flujo de líquido a través del puerto 3 de entrada de la válvula 1 proporcional al puerto 5 de salida es controlado por una señal eléctrica aplicada al solenoide 7 a través de los contactos 9a, 9b eléctricos.

Como se muestra en la figura 2, la válvula 1 proporcional tiene una carcasa 11 que define el puerto 3 de entrada y el puerto 5 de salida, además de definir un orificio 20 principal entre el puerto 3 de entrada y el puerto 5 de salida. La carcasa 11 también define un tubo 22 guía cilíndrico, generalmente alineado con el orificio 20 principal, a lo largo del cual un inducido 15 del solenoide 7 puede moverse a lo largo del eje cilíndrico. Se proporciona una cámara 23 de resorte en el extremo del tubo 22 guía distal al orificio 20 principal, y se forma una cámara 24 de control en el extremo del tubo guía cerca del orificio principal. Como se muestra en la figura 2, en esta realización la carcasa 11 está formada por dos miembros: el primer miembro 11a que define el puerto 3 de entrada, el puerto 5 de salida y el orificio 20 principal; definiendo el segundo miembro 11b la cámara 23 de resorte, el tubo 22 guía y la cámara 24 de control. La rosca proporcionada en una superficie interna del primer miembro 11a de carcasa y una superficie externa del segundo miembro 11b de carcasa permite que el segundo miembro de carcasa se atornille en el primer miembro de carcasa. En esta realización, la carcasa 11 está hecha de plástico moldeado, en particular nailon relleno de vidrio.

Se proporciona un ensamblaje 13 de resorte en la cámara 23 de resorte y aplica una fuerza de desviación a un extremo del inducido 15 empujándolo hacia el orificio 20 principal. Como se muestra en la figura 2, se proporciona un devanado 17 de campo del solenoide 7 alrededor del tubo 22 guía que aloja el inducido 15. El inducido 15 está hecho de un material ferroso de modo que un campo magnético generado por una corriente que fluye a través del devanado 17 de campo ejerce una fuerza sobre el inducido a lo largo del eje cilíndrico.

En esta realización, el inducido 15 está hecho de acero inoxidable magnético, además de una funda 25 de goma provista en el extremo del inducido 15 adyacente al orificio 20 principal. En esta realización, una abertura para recibir el tubo 22 guía es formada a través del devanado 17 de campo que tiene un diámetro de 8,8-8,9 mm, que es un tamaño estándar para dicho solenoide 7. El grosor de la porción de la carcasa que forma el tubo 22 guía es de 0,75 mm, significativamente menor que para las válvulas proporcionales anteriores, que permite un diámetro mayor de 7 mm para el inducido 15 (en comparación con los 6 mm que se usan convencionalmente). De esta manera, se puede aplicar una fuerza más fuerte al inducido 15 por la corriente que fluye en el devanado 17 de campo que en comparación con la misma corriente que fluye en las válvulas proporcionales convencionales. Además, el uso de acero inoxidable magnético proporciona un sistema de inercia comparativamente baja, que también ayuda a controlar la posición del inducido 15 dentro del tubo 22 guía.

Se proporciona una pequeña brecha entre el inducido 15 y el tubo 22 guía de modo que la cámara 23 de resorte esté en comunicación fluida con la cámara 24 de control. Esto tiene la ventaja de que cualquier aire atrapado en la cámara 23 de resorte puede disiparse a través de la válvula 1 y, por lo tanto, no es necesario proporcionar ningún dispositivo de purga. Los expertos en la técnica apreciarán que esto es particularmente ventajoso cuando la válvula ha estado en uso, donde una acumulación de gas en la cámara 23 de resorte requeriría de otra manera purgar y recalibrar la válvula, siendo inviable dicha recalibración en muchas circunstancias.

Un diafragma 19 flexible está montado en la carcasa 11 entre el primer miembro 11a de carcasa y el segundo miembro 11b de carcasa, de modo que el puerto 3 de entrada, el puerto 5 de salida y el orificio 20 principal estén en un lado del diafragma 19 y la cámara 24 de control y el inducido 15 están en el otro lado del diafragma 19. Se proporcionan varios orificios pequeños en el diafragma 19 para permitir que el líquido se mueva desde el puerto 3 de entrada a la cámara 24 de control. El diafragma 19 lleva una placa 21 de diafragma rígida. Como se describirá a continuación, la relación posicional entre la placa 21 de diafragma y el orificio 20 principal, que está controlado por la corriente que fluye en el devanado 17 de campo, determina el caudal a través de la válvula 1.

Se forma un orificio 31 piloto a través del centro de la placa 21 de diafragma, y generalmente está alineado con el eje cilíndrico del tubo 22 guía que guía el movimiento del inducido 15. Como tal, en ausencia de corriente en el devanado 17 de campo, el ensamblaje 13 de resorte empuja el inducido 15 contra la placa 21 de diafragma, insertando la placa 21 de diafragma en el orificio 20 principal y bloqueando el orificio 31 piloto con la funda 25 de goma. De esta manera, se bloquea el flujo de fluido entre el puerto 3 de entrada y el puerto 5 de salida. Además, el fluido en la cámara 24 de control aplica presión sobre el diafragma 19 y la placa 21 de diafragma que ayuda a sujetar la placa 21 de diafragma en el orificio 20 principal.

Cuando fluye una corriente en el devanado 17 de campo en una dirección que ejerce una fuerza sobre el inducido 15 en contra de la fuerza del ensamblaje 13 de resorte, el inducido 15 se eleva alejándose de la placa 21 de diafragma, abriendo así el orificio 31 piloto. El movimiento subsiguiente de líquido a través del orificio 31 piloto genera una diferencia de presión entre el puerto 3 de entrada y la cámara 24 de control, lo que hace que el diafragma 19 eleve la placa 21 de diafragma fuera del orificio 20 principal a una posición donde la placa 21 de diafragma nuevamente colinda con el inducido 15. De esta manera, se permite que el líquido fluya a través del orificio 20 principal.

En las válvulas proporcionales convencionales, cuando la placa 21 de diafragma se eleva por primera vez de su asiento dentro del orificio 20 principal, un flujo repentino de líquido a través del orificio principal aplica una fuerza impulsiva para impulsar la placa 21 de diafragma hacia el inducido 15, provocando que la placa 21 de diafragma y el inducido 15 se muevan más contra la fuerza de desviación del ensamblaje 13 de resorte. Este movimiento adicional de la placa 21 de diafragma conduce a un aumento temporal en el caudal a través de la válvula hasta que se establezca el equilibrio entre la fuerza magnética y la fuerza del resorte en el inducido 15. Los intentos anteriores de abordar este problema se han concentrado en el diseño del solenoide. La presente invención surge de la constatación de que mediante un diseño cuidadoso de la placa 21 de diafragma y la forma en que la placa 21 de diafragma se asienta en el orificio 20 principal, se puede mejorar la entrada repentina de flujo de líquido a través del orificio principal cuando la placa 21 de diafragma se eleva. En particular, en las válvulas proporcionales anteriores, el flujo de líquido a través del orificio 20 principal aumentaba típicamente exponencialmente con el movimiento de la placa 21 de diafragma a lo largo del eje de movimiento del inducido. Por el contrario, para una válvula de acuerdo con una realización de la invención, el flujo de líquido a través del orificio 20 principal puede aumentar generalmente de forma lineal con el movimiento de la placa 21 de diafragma a lo largo del eje de movimiento del inducido 15.

La placa 21 de diafragma se describirá ahora con más detalle con referencia a las figuras 4a a 4c. Como se muestra en la figura 4a, la sección transversal de la placa 21 de diafragma tiene tres porciones: una porción 33 troncocónica invertida, una porción 35 de cuello y una porción 37 superior. El orificio 31 piloto tiene una porción 31a de diámetro estrecho dentro de la porción 37 superior y una porción 31b de diámetro más ancho a través de la porción 35 de cuello y la porción 37 superior. En esta realización, el diámetro de la porción 31a estrecha del orificio piloto es de 0,75 mm, que es significativamente menor que el de los orificios piloto para válvulas. Esto significa que la tasa de aumento del diferencial de presión cuando el orificio 31 piloto se abre por primera vez es menor que para las válvulas proporcionales convencionales, lo que ayuda a reducir la velocidad de movimiento de la placa 21 de diafragma y, en consecuencia, la tasa de aumento del flujo de líquido a través del orificio principal. Para evitar el bloqueo del orificio 31 piloto por partículas, se usa un filtro de entrada (no mostrado) que tiene un tamaño de malla de 0,2 mm. El diámetro de la porción 31b más ancha del orificio piloto es de 1,5 mm. Este desplazamiento de diámetro entre la porción 31a estrecha y la porción 31b más ancha del orificio 31 piloto ayuda en el procedimiento de moldeo de la placa 21 de diafragma.

El diafragma 19 se coloca alrededor de la porción 35 de cuello de la placa 21 de diafragma, con la sección 33 troncocónica en el lado del orificio principal del diafragma y la porción 37 superior en el lado de la cámara de control del diafragma 19. La parte principal de la superficie cónica de la sección 33 troncocónica está inclinada en un ángulo a de 39 °, en contraste con las placas de diafragma anteriores que típicamente se inclinan en un ángulo mucho mayor aparte de varias aletas de guía radiales. La profundidad de la sección troncocónica es de 3,25 mm, significativamente más corta que las placas de diafragma anteriores. Como se ve en la figura 4b, una serie de nervaduras 38 están espaciadas uniformemente alrededor de la superficie cónica de la sección 33 troncocónica, en este caso ocho. Cada nervadura 38 tiene la misma profundidad, sustancialmente constante. Además de reducir la posibilidad de que la placa 21 de diafragma se pegue en el orificio principal, estas nervaduras 38 restringen aún más el trayecto del flujo para que el líquido fluya a través del orificio principal a caudales bajos.

La forma y configuración precisas de la porción 33 troncocónica de la placa 21 de diafragma y de las nervaduras 38 se aprecia con mayor detalle en la figura 8. En su raíz adyacente al diafragma 19, la placa 21 de diafragma presenta una superficie cilíndrica lisa, indicada por la letra A en la figura 8, que se extiende paralela al eje del orificio 20 principal. Desde allí, la superficie de la placa 21 de diafragma se extiende lejos en un ángulo para producir su característica forma troncocónica. Las nervaduras 38 comienzan en la unión de estas dos superficies e inicialmente se extienden paralelas al eje del orificio 20 principal, al ras con la superficie cilíndrica plana de la placa 21 de diafragma, indicada en la figura 8 por la letra B. Después de una corta distancia, las nervaduras 38 giran y siguen un trayecto paralelo a la superficie troncocónica de la placa del diafragma, pero espaciadas de ella, indicadas en la figura 8 por la letra C.

Se entenderá que esta configuración particular de las nervaduras 38 efectuará una tasa variable de cambio del espacio anular entre la placa 21 de diafragma y el orificio 20 principal cuando la placa de diafragma se extraiga de él. Esto es deliberado y ventajoso, porque puede diseñarse para imitar más de cerca la configuración ideal que produciría una tasa lineal de cambio de la brecha anular. La brecha entre la placa 21 de diafragma y el orificio 20 principal varía en proporción al cuadrado del diámetro, lo que implica que la forma ideal para la placa de diafragma sería de hecho una curva parabólica, en lugar de troncocónica.

Las figuras 5a a 5e muestran la posición de la placa 21 de diafragma cuando se mueve desde la posición de reinicio, en la que el orificio 20 principal está cerrado, a una posición en la que la placa de diafragma está en el otro extremo de su intervalo de movimiento y el orificio principal está completamente abierto. La tabla 1 a continuación da detalles de la sección transversal del orificio 20 principal y el grado de abertura del orificio principal para las cinco posiciones de la placa 21 de diafragma mostrada en las figuras 5a a 5e. Puede verse a partir de los valores dados en la tabla 1 a continuación que el área de la sección transversal varía aproximadamente linealmente con la posición de la placa 21 de diafragma. Esto es significativamente diferente de las válvulas proporcionales convencionales, en las que el área de la sección transversal aumenta exponencialmente con el movimiento de la placa del diafragma.

Tabla 1: Variación de los parámetros de flujo del orificio principal con la posición de la placa del diafragma

Como se discutió anteriormente, la placa 21 de diafragma en esta realización difiere de las de las válvulas proporcionales convencionales en dos formas principales. En primer lugar, el orificio 31 piloto es más estrecho, lo que ralentiza la tasa de aumento de la diferencia de presión. En segundo lugar, la porción de la placa 21 de diafragma que se asienta en el orificio 20 principal tiene una forma de modo que el área de la sección transversal disponible para el flujo de fluido aumenta sustancialmente de forma lineal con el movimiento de la placa 21 de diafragma fuera del orificio principal. Estas diferencias contribuyen a proporcionar una mejora significativa en la capacidad de control del caudal a través de la válvula en comparación con las válvulas convencionales, en particular inhibiendo los picos transitorios de flujo de líquido a través del puerto 5 de salida en respuesta al desbloqueo inicial del orificio 20 principal.

En la figura 9 se muestra un gráfico de la tasa de cambio de la brecha anular entre la placa 21 de diafragma y el orificio 20 principal, es decir, el área de flujo para el paso del agua, en las primeras etapas de abertura. La parte inicial de el gráfico representa la fase de retirada de la placa 21 de diafragma indicada por la letra A en la figura 8. El resto del gráfico representa las fases de retirada indicadas por las letras B y C en la figura 8, y se puede ver cómo varía de una manera sustancialmente lineal. Las medidas tomadas para una realización de la válvula con esta configuración se muestran en la figura 10.

La válvula proporcional de esta realización fue diseñada para su uso en un sistema de ducha controlado electrónicamente con voltaje de señal proporcional al flujo objetivo, proporcionando así control de los flujos de agua fría y caliente. Como tal, la invención abarca una ducha eléctrica que incluye tales válvulas proporcionales.

Como se muestra en la figura 6, en una realización el agua caliente de la ducha controlada electrónicamente y el agua fría se mezclan, controlando los caudales del agua fría y caliente mediante una válvula proporcional como se describe anteriormente. En particular, el agua fría fluye desde una entrada de agua fría a una primera válvula 101a proporcional a través de un primer sensor 103a de temperatura. La salida de la primera válvula 101a fluye a una cámara 105 de mezcla a través de un primer medidor 107a de flujo. De manera similar, el agua caliente fluye desde una entrada de agua caliente a una segunda válvula 101b proporcional a través de un segundo sensor 103b de temperatura. La salida de la segunda válvula 101b fluye a la cámara 105 de mezcla a través de un segundo medidor 107b de flujo. Los sensores 103a, 103b primero y segundo de temperatura y los medidores 107a, 107b de flujo primero y segundo están conectados a un microcontrolador 109. Un control 111 de usuario, a través del cual el usuario de la ducha indica la temperatura y el caudal deseados, también está conectado al microcontrolador 109. Un algoritmo dentro del microcontrolador 109 calcula, en base a la temperatura y el caudal deseados por el usuario y las respectivas temperaturas del agua fría y del agua caliente, los caudales requeridos a través de las válvulas 101a, 101b y envía señales de control a los solenoides de las válvulas 101a, 101b para conseguir esos caudales, medidos por los medidores 107a, 107b de flujo. Opcionalmente, la salida de la cámara 105 de mezcla se puede alimentar al cabezal de ducha (no mostrado) mediante un tercer sensor 103c de temperatura para verificar que la temperatura del agua suministrada al cabezal de ducha coincide con la temperatura deseada por el usuario.

Como se muestra en la figura 7, en otra realización la ducha controlada electrónicamente calienta el agua fría a una temperatura deseada, con el caudal de agua fría controlado por una válvula proporcional como se describe anteriormente. En particular, el agua fría fluye desde una entrada de agua fría a una válvula 211 proporcional a través de un primer sensor de 123a temperatura. La salida de la válvula 121 se dirige a un calentador 125 a través de un medidor 127 de flujo. El primer sensor 123a de temperatura y el medidor 127 de flujo están conectados a un microcontrolador 129. Un control 131 de usuario, a través del cual el usuario de la ducha indica una temperatura y caudal deseado, también está conectado al microcontrolador 129. Un algoritmo dentro del microcontrolador 129 calcula, en base a la temperatura deseada por el usuario y la temperatura del agua fría y el caudal deseado por el usuario, un caudal requerido a través de la válvula 121 y una potencia de calentamiento requerida por el calentador 125. El microcontrolador luego envía una señal de control del calentador al calentador para activar uno o más elementos de calentamiento para lograr la potencia de calentamiento deseada, y una señal de control a la válvula 121 para lograr el caudal deseado, medido por el medidor 127 de flujo. La temperatura de la salida de agua del calentador se mide usando un segundo sensor 123b de temperatura, ya que el microcontrolador 129 solo puede proporcionar un control aproximado del calentador 125. Para proporcionar un control fino de temperatura, el microcontrolador 129 varía la señal de control a la válvula 121 para lograr la temperatura deseada.

Una característica de la válvula proporcional descrita anteriormente es que, además de proporcionar un control de flujo proporcional sobre una presión dinámica de 0,5 a 5 bar, puede tener lugar una operación de encendido/apagado simple a una presión estática de 0,2 bar. Esto significa que no es necesario incorporar válvulas de encendido/apagado separadas en las duchas controladas electrónicamente además de las válvulas proporcionales.

Modificaciones y otras realizaciones

Como se discutió con referencia a las figuras 6 y 7 anteriores, una válvula proporcional como se describió arriba se puede incorporar dentro de una ducha controlada electrónicamente para controlar el flujo y la temperatura del agua suministrada a un cabezal de ducha. Alternativamente, la válvula proporcional se puede incorporar en un grifo o llave. Para un grifo mezclador, podría usarse una disposición análoga a la de la figura 6 o la de la figura 7. En realizaciones alternativas, un grifo de agua caliente o un grifo de agua fría pueden incluir una única válvula proporcional como se describió anteriormente.

En la realización específica descrita anteriormente, el orificio 31 piloto tiene una porción con un diámetro de 0,75 mm, que resultó ser generalmente óptimo. Sin embargo, se pueden lograr mejoras con orificios piloto que tengan un diámetro menor que 0,8mm. Generalmente, el tamaño de malla del filtro de entrada debe ser menor que 250pm. Aunque el ángulo de cono de la sección 33 troncocónica del diafragma 19 en la realización descrita anteriormente es de 39 °, también se pueden obtener mejoras con ángulos de cono generalmente en la región de 30 ° a 45 °.

En las válvulas proporcionales convencionales, la fuerza de desviación del inducido la proporciona típicamente un solo resorte de tasa constante. En una mejora adicional en el diseño convencional, el inducido 15 aquí está dispuesto para ser empujado por medio de un ensamblaje 13 de resorte que consiste en dos resortes 51, 52, en lugar de un solo resorte. Como se ve en la figura 3, el ensamblaje 13 de resorte está dispuesto dentro de la cámara 23 de resorte, como con el resorte único de una válvula convencional. Los dos resortes 51, 52 tienen diferentes longitudes y tasas de resorte. También están formados por bobinas de diferente diámetro, de modo que una pueda encajar convenientemente dentro de la otra (en este caso, el resorte 51 más largo encaja dentro del 52 más corto). Ambos resortes 51, 52 tienen tasas de resorte lineales, teniendo el más largo 51 una tasa de resorte más baja que el más corto 52, que es más rígido. El resorte 51 más largo está instalado en la cámara 23 del resorte para ejercer una precompresión sobre el inducido 15. Esto es para asegurar que el inducido 15 se asentará contra la placa 21 de diafragma en la condición desenergizada de la válvula en cualquier orientación, es decir, si la válvula 1 se asienta en un plano horizontal, vertical o invertido de otro modo. El asentamiento del inducido 15 en la placa 21 de diafragma es necesario para asegurar que el orificio 31 piloto permanecerá cerrado cuando la válvula se desenergice. En esta condición desenergizada de la válvula 1, el resorte 52 más corto no ejerce fuerza de desviación sobre el inducido 15. La figura 11 muestra en el gráfico X cómo la fuerza de desviación aplicada por el ensamblaje 13 de resorte varía con la posición del inducido 15, en comparación con el gráfico Y para una disposición de resorte convencional. Como se verá, la fuerza de desviación que actúa sobre el inducido 15 es generalmente a una tasa de resorte menor que en una válvula convencional.

Con el ensamblaje 13 de resorte, cuando se energiza el solenoide 7, el movimiento inicial del inducido 15 será resistido principalmente por el resorte 51 más blando. Esto corresponde al movimiento inicial de la placa 21 de diafragma fuera del orificio 20 principal desde su posición de reinicio (es decir, cerrada). También puede aplicarse a pequeños movimientos de la placa 21 de diafragma durante caudales más bajos a través de la válvula. Se ha encontrado que el uso de una resistencia elástica más suave de lo habitual reduce la tendencia de la placa 21 de diafragma a oscilar, ayudando así a regularizar su movimiento. El movimiento de abertura adicional de la placa 21 de diafragma, cuando hay mayores caudales a través de la válvula, se controla principalmente por la acción de desviación del resorte 52 más rígido. Se ha descubierto que la aplicación de dos tasas de resorte ayuda a romper la resonancia y mejorar la estabilidad del flujo en comparación con las disposiciones convencionales de un solo resorte. Además, al reducir la resonancia en el sistema, se reduce el desgaste de la funda 25 de goma unida a la punta del inducido 15 causado por la abrasión contra la placa 21 de diafragma, mejorando la esperanza de vida.

Se apreciará que la configuración y las características de los dos resortes 51, 52 en el ensamblaje 13 de resorte se pueden adaptar para proporcionar una amplia variedad de diferentes acciones de desviación.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Una válvula proporcional que comprende:

un puerto (3) de entrada y un puerto (5) de salida;

un diafragma (19) provisto entre el puerto de entrada y el puerto de salida,

una placa (21) de diafragma montada en el diafragma, teniendo la placa de diafragma un orificio (31) piloto formado a su través;

un solenoide (7) que comprende un inducido (15) y un devanado (17) de campo, siendo el inducido móvil en una primera dirección en respuesta a un campo magnético generado por el devanado de campo, medios (13) de desviación dispuestos para proporcionar una fuerza de desviación al inducido en una dirección opuesta a dicha primera dirección, en el que en ausencia de corriente en el solenoide, la fuerza de desviación está dispuesta para empujar al inducido a colocar la placa del diafragma en un orificio (20) principal entre el puerto de entrada y el puerto de salida para bloquear el flujo de fluido entre ellos, con el inducido bloqueando el orificio piloto,

en el que el movimiento del inducido en dicha primera dirección en respuesta a un campo magnético generado por el devanado de campo abre el orificio piloto para permitir que el fluido fluya a través de este, y permite que la placa del diafragma se mueva fuera del orificio principal para crear una brecha entre ellos permitiendo el flujo de fluido desde el puerto de entrada al puerto de salida, caracterizada porque en el que dichos medios de desviación comprenden dos resortes (51, 52) de compresión en espiral, uno asentado axialmente dentro del otro,

en el que los dos resortes (51, 52) están dispuestos para ejercer una fuerza de desviación sobre el inducido (15) en diferentes etapas durante el recorrido del inducido, con el fin de ejercer una fuerza variable sobre el inducido durante al menos parte de su recorrido.

2. Una válvula proporcional como se reivindica en la reivindicación 1, en la que los dos resortes (51, 52) tienen ambos una tasa de resorte lineal.

3. Una válvula proporcional como se reivindica en la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que los dos resortes (51, 52) tienen diferente rigidez elástica.

4. Una válvula proporcional como se reivindica en la reivindicación 1, en la que los dos resortes (51, 52) actúan juntos para proporcionar diferentes tasas de fuerza de desviación durante al menos dos etapas de recorrido del inducido (15).

5. Una válvula proporcional como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que un primero (51) de dichos resortes actúa sobre el inducido (15) antes que el otro (52) y tiene una rigidez de resorte menor.

6. Una válvula proporcional como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que uno de dichos resortes (51) es de mayor longitud que el otro (52).

7. Una válvula proporcional como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la placa (21) de diafragma y el orificio (20) principal están configurados de manera que en dicho movimiento de uno con respecto al otro, la tasa de aumento de la brecha entre ellos cambia aproximadamente de forma lineal al menos inicialmente.

8. Válvula proporcional de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la placa (21) de diafragma tiene un primer lado que mira a una cámara (24) de control y un segundo lado que mira al orificio (20) principal, en el que el segundo lado tiene una sección (33) generalmente troncocónica que tiene un ángulo de cono entre 30° y 45°.

9. Una válvula proporcional de acuerdo con la reivindicación 8, que comprende además una pluralidad de nervaduras (38) dispuestas en la superficie cónica de la sección (33) troncocónica, teniendo cada nervadura una profundidad sustancialmente constante.