NL1002952C2

NL1002952C2 - Temperature-dependent fluid flow regulator

Info

Publication number: NL1002952C2
Application number: NL1002952A
Authority: NL
Inventors: Robertus Franciscus Jo Bruinen
Original assignee: Druk En Temperatuur Beveiligin
Priority date: 1996-04-25
Filing date: 1996-04-25
Publication date: 1997-10-28

Abstract

The control element (9) is a slotted disc of, e.g. laminated tin that exhibits memory. It is seated against the shoulder of the housing (3) and firmly constrained by its inner wall (13). A temperature increase from one degree to fifty degrees Celsius results in a deformation from 0.5 to 50mm. Deformation lifts a flange (8) of a restrictor (7) to permit fluid flow. Flow is greatly reduced with the disc flat. The spring (23) prevents vibration. The restrictor slides in a centring sleeve (19) held by a locking ring (21). An alternative construction is also described.

Description

Debietregelklep.Flow control valve.

De uitvinding heeft betrekking op een debietregelklep voorzien van een huis met een doorstroomopening, een afsluiter en een 5 aandrijfinrichting voor relatieve verplaatsing van de afsluiter ten opzichte van de doorstroomopening.The invention relates to a flow control valve provided with a housing with a through-flow opening, a valve and a drive device for relative displacement of the valve with respect to the through-flow opening.

In bekende inrichtingen, bijvoorbeeld in de procestechnologie, is ten behoeve van een temperatuurafhankelijke debietregeling veelal een debietregelklep opgenomen waarbij de doorstroomopening onder 10 invloed van temperatuurveranderingen van het door de regelklep stromende fluïdum kan worden afgesloten ten gevolge van bijvoorbeeld de thermische uitzetting van een afsluiter. Hierbij kan de afsluiter zijn opgenomen in de vorm van een balg of een in een flexibele houder opgesloten substantie die bij verwarming uitzet. Dergelijke 15 debietregelkleppen zijn tamelijk gecompliceerd van constructie. Voorts zijn de afmetingen groot en is het gedrag op temperatuursveranderingen van het fluïdum traag.In known devices, for instance in process technology, for the purpose of temperature-dependent flow control, a flow control valve is usually included, wherein the flow opening can be closed under the influence of temperature changes of the fluid flowing through the control valve, for example due to the thermal expansion of a valve. The valve can herein be included in the form of a bellows or a substance enclosed in a flexible container which expands upon heating. Such flow control valves are quite complicated in construction. Furthermore, the dimensions are large and the behavior of temperature changes of the fluid is slow.

De uitvinding beoogt een debietregelklep te verschaffen die eenvoudig van constructie is en waarmee een bedrijfszekere, 20 temperatuurafhankelijke debietregeling kan plaatsvinden. Het is een verder doel van de onderhavige uitvinding te voorzien in een debietregelklep die relatief compact van constructie is.The object of the invention is to provide a flow control valve that is simple in construction and with which a reliable, temperature-dependent flow control can take place. It is a further object of the present invention to provide a flow control valve that is relatively compact in construction.

Hiertoe is de debietregelklep volgens de onderhavige uitvinding gekenmerkt doordat de aandrijfinrichting een veerelement omvat uit 25 een geheugenmetaal. Tengevolge van een temperatuurverandering zal het geheugenmetaal, dat bijvoorbeeld is gevormd uit een legering van tin uitzetten en zal de regelklep volgens de uitvinding geopend of worden gesloten door een kleine vervorming van het geheugenmetalen element dat een relatief geringe massa heeft. Hierdoor reageert de regelklep 30 volgens de uitvinding zeer snel op een kleine temperatuurverandering. Aangezien de vervorming van het geheugenmetalen element van de aandrijfinrichting van de regelklep volgens de uitvinding zeer gering is, bijvoorbeeld tussen 1 en 5 mm is de daarbij optredende materiaalmoeheid verwaarloosbaar en kan de aandrijfinrichting de 35 debietregelklep volgens de onderhavige uitvinding vele malen probleemloos openen en sluiten zodat een lange levensduur wordt verkregen. Verder neemt het geheugenmetalen veerelement volgens de uitvinding relatief weinig ruimte in zodat een zeer compacte 1002952 2 debietregelklep wordt verkregen die 30% tot 40% kleiner is dan de bekende debietregelaars.For this purpose, the flow control valve according to the present invention is characterized in that the actuating device comprises a spring element of a memory metal. Due to a temperature change, the memory metal formed, for example, of an alloy of tin will expand, and the control valve according to the invention will open or close due to a small deformation of the memory metal element having a relatively low mass. As a result, the control valve 30 according to the invention reacts very quickly to a small temperature change. Since the deformation of the memory metal element of the actuator of the control valve according to the invention is very small, for instance between 1 and 5 mm, the material fatigue that occurs therewith is negligible and the actuator can open and close the flow control valve according to the present invention many times, so that a long service life is obtained. Furthermore, the memory metal spring element according to the invention takes up relatively little space, so that a very compact 1002952 2 flow control valve is obtained, which is 30% to 40% smaller than the known flow regulators.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van een debietregelklep is gekenmerkt doordat het geheugenmetaal bij een temperatuurverandering 5 tussen 1°C en 50 °C, bij voorkeur tussen 5°C en 10°C de afstand tussen de afsluiter en de doorstroomopening varieert over een traject tussen 0,5 mm en 50 mm, bij voorkeur tussen 1 mm en 10 mm. Door het bovengenoemde verplaatsingsgedrag van het geheugenmetalen veerelement bij de genoemde temperatuurverschillen is de debietregelklep 10 toepasbaar in een grote verscheidenheid aan industriële processen.A preferred embodiment of a flow control valve is characterized in that with a temperature change 5 between 1 ° C and 50 ° C, preferably between 5 ° C and 10 ° C, the distance between the valve and the flow opening varies over a range between 0.5 mm and 50 mm, preferably between 1 mm and 10 mm. Due to the above-mentioned displacement behavior of the memory metal spring element at said temperature differences, the flow control valve 10 is applicable in a wide variety of industrial processes.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de debietregelklep volgens onderhavige uitvinding omvat het veerelement een schroefveer die coaxiaal met een hartlijn van het huis daarin is opgenomen. De afsluiter is beweegbaar langs de hartlijn en is voorzien van een as 15 met een daarop geplaatste flens die aanligt tegen een uiteinde van de schroefveer. Bij een toenemende of afnemende temperatuur zal de schroefveer de afsluiter verplaatsen zodat op eenvoudige wijze de doorstroomopening geopend of gesloten wordt. Aangezien de schroefveer zelf wordt doorstroomd met het fluïdum dat door de debietregelklep 20 treedt, is deze in goed warmtecontact met het fluïdum zodat temperatuurveranderingen snel worden doorgegeven aan het geheugenmetaal. Verder vormt de schroefveer zelf een minimale stromingsweerstand voor het door de regelklep stromende fluïdum.In a further preferred embodiment of the flow control valve according to the present invention, the spring element comprises a coil spring coaxial with a centerline of the housing. The valve is movable along the axis and is provided with a shaft 15 with a flange placed thereon which abuts one end of the coil spring. At an increasing or decreasing temperature, the coil spring will displace the valve so that the flow opening can be opened or closed in a simple manner. Since the coil spring itself is flowed through with the fluid passing through the flow control valve 20, it is in good heat contact with the fluid so that temperature changes are quickly communicated to the memory metal. Furthermore, the coil spring itself forms a minimum flow resistance for the fluid flowing through the control valve.

Bij voorkeur is in het verlengde van de schroefveer een 25 terugstelveer geplaatst waarbij de flens van de afsluiter tussen de terugstelveer en de veer uit geheugenmetaal is gelegen. De terugstelveer oefent een terugstelkracht uit op de afsluiter, zodat door een juiste keuze van de veerconstanten van beide veren, een gewenst regelgedrag van de klep kan worden verkregen. Door 30 verwisseling van de posities van de terugstelveer en van de veer uit geheugenmetaal kan de klep volgens de uitvinding worden veranderd van een klep die zich bij een temperatuurtoename opent in een klep die zich sluit bij een temperatuurtoename.Preferably, a return spring is placed in line with the coil spring, the flange of the valve being located between the return spring and the spring of memory metal. The return spring exerts a reset force on the valve, so that a correct control behavior of the valve can be obtained by a correct choice of the spring constants of both springs. By exchanging the positions of the return spring and the memory metal spring, the valve according to the invention can be changed from a valve that opens with a temperature increase to a valve that closes with a temperature increase.

In een verdere uitvoeringsvorm van een debietregelklep volgens 35 de uitvinding is de afsluiter voorzien van een afsluitflens die is bevestigd aan een uiteinde van de as waarbij de doorstroomopening aan het uiteinde van het huis is gelegen en de afsluiter door de aandrijfinrichting buiten het huis kan worden verplaatst. Een 1002952 3 dergelijke inrichting heeft als voordeel dat een eventueel aan de afsluitklep bevestigde afdichtring of doorstroombegrenzer op eenvoudige wijze kan worden vervangen of gewijzigd.In a further embodiment of a flow control valve according to the invention, the valve is provided with a sealing flange which is attached to one end of the shaft, the flow opening being located at the end of the housing and the valve being displaceable outside the housing by the actuator . A 1002952 3 such device has the advantage that a sealing ring or flow restrictor, if any, attached to the shut-off valve can be easily replaced or modified.

In een andere uitvoeringsvorm van een debietregelklep volgens 5 de uitvinding wordt de afdichting verkregen doordat de aandrijfinrichting een afsluitplaat omvat die met zijn omtreksrand niet-verplaatsbaar is bevestigd aan een inwendige omtrekswand van het huis. De afsluitplaat is voorzien van ten minste één opening en kan vanuit een vlakke toestand worden vervormd door het geheugenmetalen 10 veerelement. In de vlakke toestand ligt de afdichtplaat aan tegen een flens van de afsluiter, zodat de debietregelklep is gesloten. Bij vervorming van het veerelement, wordt de afsluitplaat verplaatst en zal de debietregelklep worden geopend. Bij voorkeur is de afsluitplaat zelf geheel gevormd uit een geheugenmetaal. Ten gevolge 15 van hysterese in de vervorming van het geheugenmetaal zal de temperatuur waarbij de klep wordt geopend niet gelijk zijn aan de temperatuur waarbij de klep zich sluit. De onderhavige uitvoeringsvorm heeft als voordeel dat bij het overschrijden van een bepaalde drempeltemperatuur, de klep zeer snel geheel kan worden 20 geopend of gesloten. Vanwege de veerwerking van de klep zal deze bij het bereiken van een kritische spanning bol gaan staan of weer vlak worden.In another embodiment of a flow control valve according to the invention, the sealing is obtained in that the actuating device comprises a closing plate which, with its peripheral edge, is fixedly movable on an inner peripheral wall of the housing. The closure plate is provided with at least one opening and can be deformed from a flat state by the memory metal spring element. In the flat state, the sealing plate bears against a valve flange so that the flow control valve is closed. When the spring element is deformed, the closing plate is moved and the flow control valve will be opened. Preferably, the closure plate itself is entirely formed from a memory metal. Due to hysteresis in the deformation of the memory metal, the temperature at which the valve is opened will not be the same as the temperature at which the valve closes. The present embodiment has the advantage that when a certain threshold temperature is exceeded, the valve can be opened or closed completely very quickly. Due to the spring action of the valve, it will bulge or become flat again when a critical tension is reached.

De afsluitplaat kan in het huis zijn gecentreerd door middel van de afsluiter die axiaal beweegbaar in het huis is opgehangen 25 tegen de voorspanning van een rondom de as van de afsluiter geplaatste schroefveer. Door deze centrering kunnen de onderdelen van de klep niet ten opzichte van elkaar gaan verschuiven en/of gaan trillen bij het optreden van turbulenties zodat een constante, bedrijfszekere en geruisloze werking van de debietregelklep volgens 30 de uitvinding gewaarborgd is. Aangezien in de onderhavige debietregelklep geen onderdelen hoeven te worden toegepast die bij het innemen een gevaar voor de menselijke gezondheid kunnen opleveren kunnen deze op voordelige wijze worden toegepast in drinkwaterinstallaties.The closing plate can be centered in the housing by means of the valve suspended axially movable in the housing against the bias of a coil spring placed around the axis of the valve. As a result of this centering, the parts of the valve cannot shift relative to each other and / or vibrate when turbulences occur, so that a constant, reliable and silent operation of the flow control valve according to the invention is ensured. Since in the present flow control valve it is not necessary to use parts which can pose a danger to human health during ingestion, these can be used advantageously in drinking water installations.

35 Enkele uitvoeringsvormen van een debietregelklep volgens de onderhavige uitvinding zullen bij wijze van voorbeeld worden toegelicht aan de hand van de bijgevoegde tekening. In de tekening toont: 10 Ó 2 9 5 2 4Some embodiments of a flow control valve according to the present invention will be illustrated by way of example with reference to the accompanying drawing. In the drawing shows: 10 Ó 2 9 5 2 4

Figuur 1 en 2 een langsdoorsnede van een eerste uitvoeringsvorm van een debietregelklep in gesloten, respectievelijk geopende toestand,Figures 1 and 2 show a longitudinal section of a first embodiment of a flow control valve in closed and open position, respectively,

Figuur 3 een doorsnede langs de lijn III-III in figuur 1, en 5 Figuren 4 en 5 een tweede uitvoeringsvorm van een debietregelklep volgens de onderhavige uitvinding in een gesloten, respectievelijk geopende toestand.Figure 3 shows a section along the line III-III in figure 1, and figures 4 and 5 a second embodiment of a flow control valve according to the present invention in a closed and opened position, respectively.

Figuur 1 toont een debietregelklep voor temperatuurafhankelijke debietregeling van een fluïdum door een transportleiding. Hierbij kan 10 het fluïdum zijn gevormd door bijvoorbeeld een vloeistof zoals water, olie of andere vloeistoffen of een gas zoals bijvoorbeeld perslucht in hydraulische of pneumatische leidingen of andere transportleidingsystemen. De debietregelklep 1 omvat een klephuis 3 met een doorstroomopening 5. Een aandrijfinrichting 9, in de vorm van 15 een afsluitplaat uit geheugenmetaal is afgesteund tegen een inwendige schouder van de inwendige omtrekswand 13 van het klephuis 3. Hierbij is een omtreksrand 15 van de afsluitplaat 9 niet-verplaatsbaar bevestigd aan een inwendige wand 13 van het klephuis 3. Een centreerelement 19 is via een borgring 21 verbonden met de inwendige 20 omtrekswand 13 en draagt een afsluiter 7. De afsluiter 7 is aan zijn uiteinde voorzien van een flens 8 die aanligt tegen de afsluitplaat 9. Via een drukveer 23 wordt de afsluiter 7 tegen de afsluitplaat 9 gedrukt. De voorspanning op de drukveer 23 zorgt ervoor dat de onderdelen van debietregelklep 1 niet los kunnen trillen. Doordat de 25 flens 8 van de afsluiter 7 door de schroef veer 23 wordt aangedrukt tegen de afsluitplaat 9, zijn de openingen 5 daarin nagenoeg afgesloten en wordt de doorstroming beperkt. Het centreerelement 19 centreert de drukveer 23 en de afsluiter 7 waardoor geluid veroorzakende trillingen worden vermeden.Figure 1 shows a flow control valve for temperature-dependent flow control of a fluid through a transfer line. The fluid can herein be formed by, for instance, a liquid such as water, oil or other liquids or a gas such as, for example, compressed air in hydraulic or pneumatic lines or other transport line systems. The flow control valve 1 comprises a valve body 3 with a through-flow opening 5. A actuator 9, in the form of a memory metal closing plate, is supported against an inner shoulder of the inner circumferential wall 13 of the valve body 3. Here, a peripheral edge 15 of the closing plate 9 is fixedly mounted on an internal wall 13 of the valve housing 3. A centering element 19 is connected via a locking ring 21 to the internal 20 circumferential wall 13 and carries a valve 7. The valve 7 is provided at its end with a flange 8 which abuts the closing plate 9. The valve 7 is pressed against the closing plate 9 via a compression spring 23. The pretension on the compression spring 23 ensures that the parts of the flow control valve 1 cannot vibrate loose. Because the flange 8 of the valve 7 is pressed against the closing plate 9 by the screw spring 23, the openings 5 therein are substantially closed and the flow is limited. The centering element 19 centers the compression spring 23 and the valve 7, thereby avoiding noise-causing vibrations.

30 Figuur 2 toont de klep van figuur 1 in de geopende toestand die wordt bereikt indien de temperatuur van het fluïdum groter wordt dan de vervormingstemperatuur van de afsluitplaat 9 uit geheugenmetaal. Door vervorming van de afsluitplaat 9, wordt de afsluiter 7 enigszins verplaatst en wordt de doorstroomruimte 17 vrijgegeven. Hierdoor 35 vermindert de stromingsweerstand in de klep zodat het debiet zal toenemen bij een gelijkblijvend drukverschil over de debietregelklep 1.Figure 2 shows the valve of Figure 1 in the opened position which is reached when the temperature of the fluid becomes greater than the deformation temperature of the memory metal closing plate 9. Due to deformation of the closing plate 9, the valve 7 is displaced slightly and the flow-through space 17 is released. This reduces the flow resistance in the valve, so that the flow will increase with a constant pressure difference over the flow control valve 1.

Figuur 3 toont de sleufvormige doorstroomopening 5 in de 1 0 0 2 S 5 2 5 afsluitplaat 9. Het voordeel van dergelijke kruislings opgestelde doorstroomopeningen is dat materiaalspanningen in de afsluitplaat daardoor worden beïnvloed zodat deze makkelijk bol gaat staan bij temperatuurveranderingen.Figure 3 shows the slot-shaped through-flow opening 5 in the closing plate 9. The advantage of such cross-arranged through-flow openings is that material stresses in the closing plate are influenced thereby, so that it easily bulges with temperature changes.

5 Figuur 4 toont een voorkeursuitvoeringsvorm van een alternatieve debietregelklep 25 waarbij een schroefveer 27 uit geheugenmetaal in het inwendige van het huis, coaxiaal met een hartlijn 29 is opgenomen. De afsluiter 31 omvat een afsluitring 35 voor afsluiting van een nabij het uiteinde van het huis 26 gelegen 10 instroomopening 34. De schroefveer 27, die aanligt tegen een flens 38, wordt bij doorstroming met een fluïdum met een relatief lage temperatuur in zijn teruggetrokken toestand gebracht. Hierdoor wordt de afsluiter 31 door een stelveer 37, die uit een niet-geheugenmetaal is vervaardigd, in een gesloten positie geduwd. Bij het opwarmen van 15 het fluïdum zet de schroefveer 27 uit en wordt de afsluiter 31 tegen de veerkracht van de stelveer 37 verplaatst, zodat de instroomopening 34 wordt geopend. De veren 27 en 37 zijn afgesteund tegen inwendige schouders 39, 41 van het huis 26.Figure 4 shows a preferred embodiment of an alternative flow control valve 25 in which a memory metal coil spring 27 is received in the interior of the housing coaxial with a centerline 29. The valve 31 comprises a sealing ring 35 for closing an inflow opening 34 located near the end of the housing 26. The coil spring 27, which abuts against a flange 38, is brought into its retracted state when flowing through with a fluid with a relatively low temperature. . As a result, the valve 31 is pushed into a closed position by an adjusting spring 37, which is made of a non-memory metal. When the fluid heats up, the coil spring 27 expands and the valve 31 is moved against the spring force of the adjusting spring 37, so that the inflow opening 34 is opened. The springs 27 and 37 are supported against internal shoulders 39, 41 of the housing 26.

Door onderlinge verwisseling van de veren 27 en 37, wordt de 20 klep volgens figuur 4 en 5 op eenvoudige wijze omgebouwd tot een klep die bij lage temperaturen is geopend en bij een temperatuursverhoging wordt gesloten.By interchanging the springs 27 and 37, the valve according to Figures 4 and 5 is easily converted into a valve that is opened at low temperatures and closed at an increase in temperature.

In de getoonde uitvoeringsvorm is de afsluiter 31 aan zijn uiteinde voorzien van een holte 43, waarin een doorstroombegrenzer 25 zoals bijvoorbeeld een kunststof ring met een relatief kleine inwendige diameter kan worden geplaatst. In dat geval kan ook in de gesloten toestand zoals getoond in figuur 4, fluïdum door deze doorstroombegrenzer door de debietregelklep 25 kan stromen.In the embodiment shown, the valve 31 is provided at its end with a cavity 43, in which a flow restrictor 25 such as, for example, a plastic ring with a relatively small internal diameter can be placed. In that case, even in the closed position as shown in Figure 4, fluid can flow through this flow limiter through the flow control valve 25.

10029521002952

Claims

1. Flow control valve (1.25) provided with a body (3.26) with a flow opening (5.34), a valve (7.31) and a actuator (9.27) for relative displacement of the valve (7 , 31) relative to the through-flow opening (5,34), characterized in that the drive device comprises a spring element (9,27) of a memory metal.

Flow control valve according to claim 1, characterized in that with a temperature change between 1eC and 50 eC, preferably between 5 ° C and 10 ° C, the distance between the valve and the flow opening varies over a range between 0.5 mm and 50 mm, preferably between 1 mm and 10 mm. 15

Flow control valve (25) according to claim 1 or 2, characterized in that the spring element comprises a screw spring (27) placed coaxially with a centerline (29) of the housing (26) in the housing (26), wherein the valve (31) is movable along the axis (29) and comprises a shaft and a flange (38) placed thereon which abuts one end of the coil spring (27).

Flow control valve (25) according to claim 3, characterized in that a return spring (37) is placed in line with the screw spring (27), the flange (38) of the valve (31) being between both springs ( 27,37) is located, the ends of the springs being on the one hand secured to the housing (26) and on the other resting against a respective side of the flange (38).

Flow control valve (25) according to any one of the preceding claims, characterized in that the valve (31) is provided with a sealing flange (33) attached to one end of the shaft, the flow opening (34) at the end of the the housing is located and the valve can be moved by the actuator (27) outside the housing (26).

Flow control valve (25) according to any one of the preceding claims, characterized in that the housing (26) is provided with an internal shoulder 1002952 (39,41) against which the spring element (27,37) is supported.

Flow control valve (25) according to any one of the preceding claims, wherein the valve (31) comprises a flow opening (43). 5

Flow control valve (1) according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a shut-off plate (9) located transversely of the center line (11) with a peripheral edge (15) fixed non-movably to an inner peripheral edge (15 ) of the housing (3) and which is provided with at least one opening (5), which closure plate (9) is deformable from a flat state by the drive element, the valve (7) being transverse to the center line (11 ) located flange (8) with an external diameter smaller than the internal diameter of the housing at the location of the flange (8) so that a flow-through space 15 (17) is formed between the internal circumferential wall (13) of the housing (3) ) and the flange (8), and wherein in the closed state of the valve (11), the closing plate (9) rests flat against the flange (8).

Flow control valve (1) according to claim 8, characterized in that the closing plate (9) is formed from a memory metal. 1 1002952 Flow control valve (1) according to claim 8 or 9, characterized in that the closing plate (9) is provided with at least two, preferably at least four, cross-shaped slots.