TW205089B - - Google Patents

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205089 A6 B6 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明大體偽關於恒流S控制閥，詳言之，傺跨閥之 兩端以較低之壓力降來達成_恒_流置基之一種控制閥，並在 閥之兩端將恒鱼持於一較高之壓力降。 恒流控制閥在管線網路方面之應用很多。例如在建築 物之空調及加溫糸统中，處於適當控制溫度之水或其他液 體偽從一中心站通過一管線網路泵送到建築物内之各種熱 交換單元。其中有些是比較靠近中心站，而有些則距離比 較遠。由於流體流路所固有之摩擦損失以及液體必須 經過之距離等因素各熱交換單元輸入與輸出上所受之 V.,. 流體壓力便有很大的ί別。 經濟部中央櫺準局R工消費合作社印製 每一支線網路之流置率直g依該支線金線之壓力降而 變化。壓力降之有無和除弱之兩大促成因數為管線摩擦力 及裝備壓力降。一個支線之簧際壓力降常會與原來所希望 的或所設計的值有所不同，而造成該支線之流量率非所需 之流量率，此種情形也影響其他支線之流量率。在此種管 線網路要獲得各種支線所需之流量率，則必需求得該網路 液壓上之平衡。求液懕平衡常使該糸統增加額外壓力而造 成不應有之壓力降。為平衡網路所需而增加之壓力常需使 泵浦加大。然而此類泵浦不是以最佳性能的狀況工作，結 果造成能量消耗的浪費。 己往之恆流量率控制閥可說已減緩了液壓平衡之需要 。有一此種控制閥傜發表在授予戈爾斯坦之第4,766,928 號專利權中。戈氏所掲示之恆流量率控制閥包括一只可移 動之杯形件有多個側邊口和一端壁上之孔口。閥兩端之壓 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） -3- 81.9.25,000 205089 A6 B6 五、發明説明（) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 力差乃抵住一彈簧而移動該杯形件以露出適合在該壓力差 得到恆流量率合宜之邊口面積。戈氏和其他習知技藝之控 制閥有一條件，即要逹到所需之流量率，始終需要有一最 低之壓力差。在有些条統裡，此最低壓力差是無法逹到的 。習知控制閥之另一問題為流量率比較恆定之控制範圍壓 力差最大，超過此壓力差流量率便不再恒定。以往所作之 控制閥，保持恒定之流量率所需閥兩端之最大壓力差受到 限制。 從以上可以理解，需要有一種恆定流置率之控制閥， 需要一種比習用之閥有較低之最小壓力降之閥以便建立所 需之流量率。同時也需要增加P之控制範圍使能夠在比習 知之閥所具有之較高之壓力降之下，保持恆定之流量率。 太發明：> 摘嬰 依據本發明，提供一種恆流量率控制閥.實質上消除 或減少了習知之恒定流量率控制閥有關之缺點和問題。 經濟部中央榡準局员工消費合作社印製 本發明之控制閥包括一杯形件，設在一通過閥體之流 路中。此杯形件於其端壁有一孔口，而在其側壁上有多個 口。該杯形件可在閥體内軸向移動，此種移動俗由杯形件 下游之一彈簧所反對。閥體中有一包圍杯形件邊壁之固定 扣環，因應該杯件之移動，而堵住或露出邊口之區域。閥 體有啓動槽縫，由杯件之下游邊綈因應杯件之移動而堵住 或露出。作用於杯形件端壁之流體壓力迫使杯件抵住彈簧 ，使扣環僅露出適合所施壓力之邊口區域。同樣，作用於 杯件端壁之流髌腹力迫使杯件抵住彈簧，使杯件僅露出與 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210父297公釐> _4_ 81.9.25,000 2050&3 A6 B6___ 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 所施壓力合適之啓動槽缝區域。 本發明較之其他習知之恆定流量率控制閥有其技術上 之優點。其一為在閥體内使用啓動槽縫，來降低控制閥達 到所需流量率所需之最低壓力降；另一為杯形件端壁上孔 口之構形有肋於在較高之壓力差之情況延長恒定流量。 附圖^簡星說明 為對本發明及其優點有更完全之了解，玆諳參讀以下 配合附圃所作之説明，附圖中： 第1圖為本恒定流量率控制閥之一軸向截面圖。 第2圖為顯示有流髖流路通過閥之本恒定流量率控制 閥之軸向截面圖。 第3圖單獨通過每一閥之開口之流量率與通過該閥之 總流量率之曲線圖。 第4匾為理想之邊口區域而有可取之邊口區域叠置於 其上之曲線圖。 第5圖為本杯形件邊壁之邊口設計按圖解作成之視圖 0 第6圖為通過各種構形之孔口之流量率之曲線圖。 經濟部中央標準局R工消費合作社印製 第6A-6D圖描述各孔口構形。 太發明：> 諾紬說明 請參看第1圖，所示為本發明之恆定流量率控制閥10 之軸向截面圖。閥10偽由一杯形件12所構成，具一端壁14 及邊壁16。杯形件12宜於一端壁14中央設一單獨孔口 18。 但亦可設以多個孔口 （未圃示）來調節通過閥10之流量率 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公笼） -5- 81.9.25,000 205089 A6 B6 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（） 。孔口 18有一造形之邊緣，以於流體之壓力差增高時，控 制流過孔口 18之流體增加之速率。邊壁16有多個邊口通過 其中。杯形件12偽置於閥體24之流路23中，而可移動。 閥體24内設有一扣瑗26,以限制杯形件12在一方向之 軸向移動。當無流匾流過閥10時，杯形件12上之一周圍凸 綈28便由部分壓縮之彈簧30之力量被迫抵住扣琛26之下游 邊。彈簧30偽被部分壓縮於杯形件12之端壁14之下游邊與 閥體24之端壁32之上游邊之間。閥體2.4偽以螺旋上於扣環 26,允許扣環26設定在距閥體24之端壁有一選定之距離。 此距離之變化可用來補償因製造容差所造成之彈簧30之差 別。在許多習知之閥中，閥内_有填除片來補償此細撖之 彈簧變量。 閥體24之邊壁36有多條啓動槽縫34穿過其中。閥體24 之邊壁36中之扣槽38為閥10裝進管線網路液體流路中提供 了一法。不過閥10可以業界所熟知之其他方法配合此種安 裝。閥體24有一出口 40讓流體從閥10之流路23中流出。 當無流賭流過閥10時，邊口 22及起動槽縫34都完全打 開讓流體流過。第2圖描述通過閥10之流體流路。流體通 過孔18,各邊口 22,及起動槽缝34進入閥10,繼缠前進而 進入閥體24之流路23,在此通過出口 40及其他周邊小出口 而流出。流體一流動，便在端壁14及端壁32之間之流體中 造成壓力差。位於流過閥10之流路中之孔18,各邊口 22, 及起動槽縫34有限制流體流過之作用。大部分之壓力差偽 跨孔18,各邊口 22及起動槽縫34而産生。此差壓力作用於 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) —裝· 訂. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐） -6- 81.9.25,000 經濟部中央標準局β工消費合作社印製 205089 A6 __B6_ 五、發明説明（） 端壁14之上下游表面，而在杯形件12産生一淨下游力量， 此力量乃壓缩彈簧30。壓力降越大便造成杯形件12更往下 動，而使彈簧30受到更大之顧縮力。杯形件12在閥10中之 軸向移動乃改變邊口 22及起動槽縫34之有效面積。於邊口 22對扣環26作移動時，便改變邊口 22之有效面積。於杯形 件12之下游端越過起動槽縫34時便改變啓動槽縫34之有效 面積。邊口 22及起動槽縫34之此種面積改變僳因應作用於 杯形件12端壁14上之壓力差。 閥10具體表現了一種基本流體力學關傺，具體言之即 表現柏努利（Bernouli)氏之流體方程式。通過一板中圓口 之流動由下面之等式所支配：. Q = KA mJFT- (1) 式中： Q =流量率， K =流置僳數， A=板中開口之面積，及 DP=跨該板所加之壓力差。 當有改變之壓力差存在時，要使流量率得到控制，便 必須不斷改變開口之面積以産生恆定之流S率條件。在閥 10中，杯形件12同時有活塞及彈簧組合之功用，使可因應 壓力之改變來作軸向運動。孔口 18之大小偽經選定，使在 理想控制範圍之最大壓力差時，有理想之流量率Q通過。 理想之控制範圍乃逹成恒定流量率之壓力差之範圍。通過 孔口 18之流量部分偽由上述式（1)所決定。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨裝， 訂. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） -7- 81.9.25,000 205069 A6 B6

經濟部中央標準局Μ工消費合作社印M 五、發明説明（） 第3圖係一曲線圖，示閥10中毎一開口之流量曲線， 及閥10中為開口組合之恒定流量曲線。流量曲線44代表僅 通過邊孔22之本發明之流量率。在壓力差增加時，遴口 22 之面積便減小，造成流過各邊口 22之流量較少。流量曲線 46代表僅通過孔18之流置率。流量曲線48代表本發明冏時 通過孔18及各邊口 22之組合流量率。小於最大理想控制範 圍之壓力差，水流必須通過杯形件可變面積之邊口 22。在 低壓力差時，該等邊口 22有較大之面積和較高之流置，慢 慢的減到無流量，是時邊口 22偽在壓力差之上限，諸邊口 22關閉。流過孔口 18之流量及流過邊口 22之可變流量之組 合流童乃造成恒定流置率通過@10,而達到流量曲線48所 示之理想控制範圍。流量曲線50代表通過起動槽縫34之流 量率。通過起動槽縫34之流量率發生在壓力刻度之低端， 因此僅在最低壓力差時對組合流量曲線48有影逛。流量曲 線52代表由於使用起動槽縫34組合流量曲線48之加強。此 X«"V > — - ' — 起動槽缝34允許在最低壓力差時有額外之流量以降低建立 恆定流量率所需之最小壓力差。例如，在以往之閥中，要 獲一恆定流量率，控制範圍之低端合於約2psid之一最小 壓力差。加上起動槽縫34後，因在低壓力提供一較大之流 動面積，乃使控制範圍之最低壓力差降低。在該例中，起 動槽缝34所提供之額外流動面積乃將起動一恒定流量率之 最小壓力差降低到約1 ps id。 可變面積之邊口 22及閥兩端之壓力差之間之關傺如下 式： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •-裝· 訂- f 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） —8 — 81.9.25,000 205069 烴濟部中央標準局R工消費合作社印製 A6 B6___ 五、發明説明（） Q A = - (2) K fTTSTT-A對壓力差之變率為 dA 1 Q -=--(DP)·… (3) d(DP) 2 K 面積之增量變率為： A 1- A 2 - (4) DP1-DP2 此面積同時也是彈簧30之壓縮及所選用之彈簧30之線性或 非線性之函數。杯形件12之軸向移動之量傜按杯形件12端 壁14上所存在之壓力差之量及彈簧常數之特性來計算。此 面積之辦我可用有限差法解等式（4)求得。第4圖為邊口\ p \ 22之理之曲線，由虛線表示。加於該曲線上而由實 線表示者為遴口 22較可取之形狀56,穿過了杯形狀12之邊 壁16。此可取之形狀56為三角形，以平面基底58為其下游 邊，兩抛物線邊60伸向端壁14。第5圖為假定邊壁16打開 後其和邊口 22之一種變化之二維描述。 視所需要之流量率，可用較大或較小之孔口 18及較大 或較小之邊口 32或較大數目或較小數目之邊口 22。如第4 圖之曲線所示，此等口面積之寬度展開至無限。然而置如 是一面積於杯件12上實際上不可能。因此以啓動槽縫34來 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨裝· 訂· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） 一9- 81,9.25,000 A6 205089 _B6__ 五、發明説明（） 補償理想口形54之理想無限寛度。同樣，一展寬之面積42 補償理想口形54之理想無限高度及可製於閥體24中之口 22 之高度之差。選用之形狀56所代表之舊法中理想之口形54 寬度的削除了頂部有礙閥10取得恆定流量之起始壓力。起 動槽缝34讓恆定流量率能夠實現之起始壓力低於舊法中所 有者來填補理想口形之此項削除。 閥10之控制範圍之上端受到孔18成形邊絲20之形狀之 影望。第6圖描述孔18不同造形之流量曲線，及對應之造 形示於第6A-6D圖。要在較高壓力差增加閥10之控制範圍 ，孔18之理想造形宜産生一近乎水平斜度之流量曲線。第 6D圖描述由上游打固部分64及堪打圓部分64伸出之下游凸 絲部分66所構成之造形邊緣20之成曲度之步级造形62。此 造形之對應流量曲線，較之第6B圖所示之方形邊緣造形58 之對應流量曲線或第6A圖所示亦為舊法所用之圖形邊緣造 形70之對應流量曲線，更近似於水平斜度。第6C圖描述一 升起邊緣造形72,由一從端壁14之上游伸出之凸緣74所構 成，其對應之流量曲線亦示於第6圖之曲線圖中。升起邊 緣造形72不會造成如曲度步级造形62—樣多之擾流，可從 第6圖彼等流量曲線之不同看出。第6D圖有曲度之步级造 形62在端壁14一帶引起較多之擾流，因此影饗通過孔18之 流體流量。利用在壓力差增加時使有更多之限制，有曲度 之步级造形62可增加閥10之控制範圍，使在比舊式閥為高 之壓力差之情形下容許有恆定之流量率。 因此，很明顯本發明已提供一種恒定流景控制閥，能 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) .丨裝. 訂. 經濟部中央榡準局貝工消费合作社印製 81.9.25,000 A6 B6 205089 五、發明説明（） 完全達成上述之目標，目的和優點。雖然所選之實施例已 予詳細説明，但應瞭解，在不背離所附fji專利範圍所定 之本發明之精神與範圍之條件下，各種改變，取代及更換 均可遂行。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂· 經濟部中央標準局8工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（2】0 X 297公釐） -11 一 81.9.25,000

Claims (1)

1. 205089 A7 B7 C7 D7 申請專利範困 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁 1 . 一種控制閥，含有： 一閥體，至少有一第一孔口穿過其中，及前述閥 體.内有一流路； 一位於前述流路中之杯形件，前述杯形件有一割 定其内部之一侧壁及一端壁，前述倒壁至少有一第二 孔口穿過其中，前述端壁至少有一第三孔口穿過其中 ，以使流過前述第一孔口及前述第二孔口及前述第三 孔口之流體流入前述流略中，前述杯形件以可移動方 式設於前述閥體中以改變前述第一孔口及前述第二孔 口之面積，使流過前述第一孔口及前述第二孔口與前 述第三孔口進入前述流路中之流體流量，於該閥兩端 之一壓力差範圍内，實質上為恒定。 2. 如申請専利範圍第_1項之控制閥，進一步含有裝置， 以彈性迫使前述杯形件反對前述流體之流動。 3. 如申請專利範圍第2項之控制閥，其中前述彈性裝置 偽一彈簧。 4. 如申.諳專利範圍第2項之控制閥，進一步含有一扣環 ，用以限制前述杯形件之向上流的運動。 經 濟 部 中 央 m 準 馬 Ά 工 消 费 合 作 社 印 製 5. 如申諳專利範圍第2項之控制閥，其中前述扣具偽對 前述閥體作選擇性移動以允許前述以彈性迫使前述杯 形件反抗流體流動之裝置所發出之力量得以調節。 6. 如申請專利範圍第1項之控制閥，其中前述端壁有一 造形邊緣，剷定前述第三孔口以限制流體在較高壓力 差時流過其中，所用方法為在前述第三孔口附近産生 ；「纸衫度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐） 81.9.10,000 205089 A7 B7 C7 D7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 中請專利範团 更多之擾流。 7. 如申請專利範圍第6項之控制閥，其中前述造形邊緣 有一向上游打圓之部分及一向下游之凸緣部分，從前 述打圓部分伸入前述第三孔。 8. 如申請專利範圍第6項之控制閥，其中前述造形邊緣 有一隆起之突緣從前述端壁之上游伸出。 9. 如申諳專利範圍第6項之控制閥，其中前述造形邊綈 偽切方者。 10. 如申請專利範圍第6項之控制閥，其中前述造形邊绦 傺打圖者。 11. 如申請專利範P第1項之控制閥，其中前述第一孔口 偽安置在前述閥體周圍，其上游邊線鄰接前述杯形件 之下游端。 12. 如申請專利範圍第11項之控制閥，其中前述第二孔口 之下游邊緣鄰接前述閥體之上游端，因而礬應於該閥 兩端之壓力差而有之前述杯形件之蓮動，乃向下游方 向移動杯形件，以降低前述第一孔口及前述第二孔口 之流動面積，因以在不同之液體壓力，得到受控制之 B xia ， SS 重 。 13. 如申諳專利範圍第4項之控制閥，其中前述扣環之上 游端鄰接前述第二孔口之下游邊緣，因之轡應於閥兩 端之壓力差之前述杯形件之運動，乃以下游方向移動 前述杯形件，以降低前述第二孔口之流動面積，因而 在不同之液體壓力下，産生一受控之流量率。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁). -丨裝· 訂· 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公踅） -13- 81.9.10,000 2013083 A7 B7 C7

   六、申請專利範圍 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 14. 如申請專利範圍第i項之控制閥，其中前述第二孔口 有一大體為三角形之造形，帶有一平坦之下游邊及兩 侧邊，從前述下游遴朝前述鹄壁作抛物線延伸。 15. 如申請專利範圍第14項之控制閥，其中前述兩拋物線 邊終結成一較大之面積。 16. —種控制閥，含有： 一閥體，具有一流路； 一位於前k流路中之杯形件，前述杯形件有一劃 定其内部之一側壁及一端壁，前述側壁至少有一第一 孔口穿過其中，前述端壁至少有一第二孔口穿過其中 而使流體流經前述第一孔口及前述第二孔口流入前述 流路中；前述杯形件以可移動方式\設於前述閥體中以 改變前述第一孔口之面積，使流經前述第一孔口及前 述第二孔口進入前述流路中之流體總流量，在跨於該 閥兩端之一壓力差範圍内，實質上為恆定；前述端壁 有一劃定前述第二孔口的造形邊緣，供以在前述第二 孔口附近産生更多之擾流的方式限制流體在較高壓力 差時流經前述第二孔口的流量；前述造形邊緣有一向 上游打圓之部分、以及從前述打圓部分伸入前述第二 孔口的一値向下游之凸緣部分。 \7.—種控制閥，含有： 一閥體，具有一流路； 一位於前述流路中之杯形件，前述杯形件有一剷 定其内部之一側壁及一端壁，前述側壁至少有一第一 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐） ---.-----*丨 J.--------------裝 ------.玎---'-.^. (請先閲讀I面之注意事項再说寫本頁) Α7 Β7 C7 D7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 六、申請專利範園 孔口穿過其中，前述端壁至少有一第二孔口穿過其中 而使流體流經前述第一孔口及前述第二孔口流入前述 流路中；前述杯形件以可移動方式設於前述閥體中以 改變前述第一孔口之面積，使流經前述第一孔口及前 述第二孔口進入前述流路中之流體總流量，在跨於該 閥兩端之一壓力差範圍内，實質上為恒定；前述端壁 有一劃定前述第二孔口的造形邊縐，供以在前述第二 孔口附近産生更多之擾流的方式限制流體在較高壓力 差時流經前述第二孔口的流量；前述造形邊綠有一自 前述端壁向上游延伸之隆起凸緣。 18 . —種控制閥，含有： 一閥體，具有一流路； 一位於前述流路中之杯形件•前述杯形件有一劃 定其内部之一側壁及一端壁，前述側壁至少有一第一 孔口穿過其中，前述端壁至少有一第二孔口穿過其中 而使流體流經前述第一孔口及前述第二孔口流入前述 流路中；前述杯形件以可移動方式設於前述閥體中以 改變前述第一孔口之面積，使流經前述第一孔口及前 述第二孔口進入前述流路中之流體總流量，在跨於該 閥兩端之一壓力差範圍内，賁質上為恆定；前述端壁 有一剷定前述第二孔口的造形邊緣，供以在前述第二 孔α附近産生更多之擾流的方式限制流體在較高壓力 差時流經前述第二孔口的流量；前述造形邊緣有一自 前述端壁伸入前述第二孔口的一個凸緣。 -15 - 本紙張；適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） (請先«*讀背面之注意事項再於寫本頁) .裝. 訂· .線·