ES2203627T3 - Valvula de descarga. - Google Patents
Valvula de descarga.Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract
UNA VALVULA DE SEGURIDAD QUE CONSTA DE UNA PRIMERA Y SEGUNDA CAPA RIGIDA CON UNA CAPA FLEXIBLE MONTADA ENTRE LAS ANTERIORES Y UNA CAVIDAD FORMADA EN UNA CAPA RIGIDA. LA CAPA FLEXIBLE SE DESPLAZA EN UNA POSICION EXTREMA EN LA CAVIDAD. UN CONDUCTO DE CONTROL SE ABRE EN LA CAVIDAD EN UN LADO DE LA CAPA FLEXIBLE Y UN CONDUCTO DE ENTRADA Y UN CONDUCTO DE SALIDA SE ENCUENTRAN EN COMUNICACION CON LA CAVIDAD EN EL OTRO LADO DE LA CAPA FLEXIBLE. LA COMUNICACION ENTRE LOS CONDUCTOS DE ENTRADA Y SALIDA SE EVITA CUANDO LA CAPA FLEXIBLE SE ENCUENTRA EN UNA POSICION EXTREMA. UNA PRIMERA PRESION DE FLUIDO SE SUMINISTRA AL CONDUCTO DE CONTROL PARA IMPULSAR LA CAPA FLEXIBLE A DICHA POSICION EXTREMA. ESE FLUIDO DE ENTRADA FLUIRA DESDE EL CONDUCTO DE ENTRADA AL DE SALIDA, SOLO CUANDO LA PRESION DEL FLUIDO DE ENTRADA EXCEDA LA PRIMERA PRESION DE FLUIDO.
Description
Válvula de descarga.
La presente invención se refiere a una válvula
de descarga con membrana flexible para uso en un módulo miniatura
de circuito de fluido hidráulico unificado.
El estado actual de la técnica en la tecnología
de circuitos de fluido unificados implica el uso de una capa o
membrana flexible situada entre bloques de material acrílico o
similares. Se realizan cavidades en los bloques para crear
válvulas, y cuando se unen entre sí, estas válvulas deben abrirse y
cerrarse mediante una línea separada de aire que se conmuta entre
presión y vacío. Pueden utilizarse otros gases para tal regulación.
Con el fin de establecer la conmutación entre presión y vacío, se
precisa una fuente reguladora que usualmente consiste en una
válvula de solenoide de tres pasos y controles electrónicos. Suelen
ser necesarios una válvula y un control separados para cada válvula
de fluido.
Frecuentemente, circuitos simples de fluido que
circulan en una sola dirección se hacen demasiado complicados
debido a las válvulas reguladoras extra que se precisan. Esto
aumenta el coste, el tamaño, las necesidades de energía y la salida
de calor de todo el sistema.
En el documento US 3.844.529, se describe una
válvula de amplificación o control de fluido. La válvula de fluido
presenta una pluralidad de aberturas que se extienden hasta una
cámara principal interna allí formada, y una membrana que se
extiende a través de dicha cámara interna, separando la cámara
interna en zonas superior e inferior. La membrana responde a una
señal de presión aplicada sobre uno de sus lados para restringir
el paso de fluido desde el suministro de presión a través de la
zona opuesta al lado de la membrana sobre el que se aplica la señal
de presión, dando lugar a un diferencial de aumento de presión a
través de la zona restringida. Utilizando la actual válvula como
amplificador, la zona de alta presión del diferencial de presión es
una amplificación lineal de la señal de entrada de presión.
Se conoce por el documento
DE-A-3 209 643 una válvula que
comprende dos elementos con una membrana entre los mismos. El
primer elemento sirve para conducir el medio fluido, sirviendo el
segundo elemento para mover neumáticamente la membrana. Ambos
elementos están separados por la membrana.
El segundo elemento es un cuerpo hueco, que
puede quedar montado bajo presión para cerrar la válvula mediante
presión de la membrana a una posición de cierre o que puede
disponerse bajo vacío para abrir la válvula liberando la membrana
de la posición de cierre.
El objeto principal de la presente invención es
el de eliminar los inconvenientes de las válvulas de la técnica
anterior y aportar una válvula de descarga que permite el flujo
solamente en una dirección, actuando pasivamente. Esto eliminará la
necesidad de válvulas de solenoide de tres pasos juntamente con la
tubería asociada, las necesidades de energía y el sistema de
control.
Se logran otros objetos y ventajas con la
presente invención mediante una válvula de descarga que comprende
una primera y una segunda capas rígidas con una tercera capa
flexible montada entre medias y un medio que constituye por lo
menos una cavidad en un lado de la capa flexible así como en el
otro lado. La capa flexible queda montada de manera que es móvil
hacia una posición extrema en la cavidad. Un paso de regulación
desemboca en la cavidad sobre uno de los lados de la capa flexible
y hay unos pasos de admisión y de salida que están en comunicación
con la cavidad en el otro lado de la capa flexible. Los pasos de
admisión y de salida no pueden comunicarse cuando la capa flexible
se encuentra en una posición extrema y se han dispuesto medios para
aplicar una primera presión de fluido sobre el control para
empujar la membrana flexible a dicha posición extrema. El resultado
es que el fluido de entrada pasa desde el conducto de admisión al
conducto de salida cuando la presión del fluido de entrada
sobrepasa la presión del primer fluido.
La cavidad tiene una superficie cóncava. Hay un
elemento rígido de refuerzo montado sobre la capa flexible. La capa
rígida de soporte se extiende de preferencia para quedar dispuesta
sobre las aberturas de los pasos de admisión y de salida. La capa
rígida de soporte actúa en el sentido de aumentar la superficie del
cierre hermético y aumentar la presión de agrietamiento.
En una forma de ejecución, el paso de admisión
desemboca en la cavidad en una posición central de la superficie
cóncava y el paso de salida desemboca en la cavidad en un lado de
la porción central. Para efectuar una buena obturación hermética
mediante la capa flexible cuando se encuentra en la posición
extrema, en una forma preferida de ejecución, la superficie cóncava
presenta un reborde o nervadura alrededor de la abertura del paso
de admisión.
La válvula de descarga según la presente
invención puede utilizarse en sistemas de fluido y en sistemas y
componentes de fluido que se encuentran pernados, sujetos, soldados
por disolvente o unidos entre sí por adhesivos o por fusión, según
expuesto en el documento U.S.P. 4.875.956.
La cavidad puede estar configurada con una
superficie cóncavo-convexa y con pasos según
representados en la solicitud igualmente en tramitación S.N. (Miles
229), depositada en la misma fecha que la presente solicitud y
transferida al mismo cesionario.
La válvula de descarga según la presente
invención se utiliza preferentemente en circuitos de fluido
unificados para analizadores de diagnóstico clínico para
hematología, farmacia, química e inmunología.
Se describirán con mayor detalle éstas y otras
características de la presente invención en la siguiente
descripción detallada, con referencia a los dibujos, en los
cuales:
La fig. 1 es una vista seccional de una válvula
de descarga;
la fig. 2 es un detalle de una forma alternativa
de ejecución de la fig. 3; y
la fig. 3 es una vista en corte de una forma de
ejecución de la presente invención.
En la fig. 1, que no es una forma de ejecución
de la presente invención, las capas rígidas 10 y 20 presentan una
capa flexible 30 montada entre ellas. La capa rígida 10 tiene una
superficie plana 12 y la capa rígida 20 presenta una cavidad
definida por la superficie cóncava 25.
Un paso de regulación o control 11 se extiende a
través de la capa rígida 10 hasta el interior de la cavidad y queda
comunicado con una fuente de baja presión 2.
La capa rígida 20 tiene una abertura de admisión
compuesta por el paso 21 y por el paso 22 que desemboca en la
cavidad por la superficie 25, en una porción central de la misma,
según representada. Una abertura de salida consistente en el paso
23 y el paso 24 desemboca en la superficie cóncava 25
lateralmente.
Para efectuar una mejor obturación hermética
durante el funcionamiento de la válvula de descarga, presentamos
una forma preferida de ejecución de la invención, según la
reivindicación 1, en la fig. 2, donde la capa rígida 20' en la
superficie cóncava 25', presenta un reborde o nervadura 26 que
circunda la abertura del paso 22' hacia el interior de la cavidad.
Como resultado de esta estructura, la membrana flexible 30 se
asienta más herméticamente contra el reborde 26 sin escapes.
Una fuente 2 de baja presión suministra una baja
presión a la cámara definida por la superficie 12 y la capa
flexible 30 para presionar sobre la capa flexible 30 a la posición
extrema representada en la fig. 1, de modo que no queda en general
comunicación entre la abertura de admisión y la abertura de
salida.
Como quiera que la presión es constante, no hay
necesidad de una válvula de solenoide con toda la tubería y sistema
de control asociados para su funcionamiento. La válvula de descarga
actuará de manera pasiva. Se pueden disponer varias cámaras con
válvula de descarga en un solo bloque de capas rígidas de modo que
puede ser común una sola fuente de presión para la totalidad y se
precisará solamente un tubo suministrador de presión para alimentar
muchas válvulas de descarga.
El nivel de presión desde la fuente de presión 2
en la cámara de baja presión formada entre la superficie 25 y la
capa flexible 30 es la presión de agrietamiento de la válvula de
descarga. Cuando la presión en la abertura de admisión supera tanto
la baja presión suministrada a dicha cámara de baja presión y a la
presión en la abertura de salida, correrá el fluido desde la
abertura de admisión hacia la abertura de salida. Como la capa
flexible según establecida actúa como una membrana flexible y no
como una membrana rígida, serán irrelevantes las dimensiones de las
aberturas de admisión o de salida. La presión en la cámara deberá
ser superior a la presión de salida para impedir el flujo inverso.
Muy frecuentemente, en los instrumentos analíticos, se somete la
abertura de admisión a un vacío durante un ciclo y ello crea una
obturación hermética incluso mayor, con la baja presión constante
aplicada a la cámara de baja presión.
En la forma de ejecución de la invención
representada en la fig. 3, la válvula de descarga 100 tiene dos
capas rígidas 110 y 120, con una capa flexible 130 entre medias. En
esta forma de ejecución, la capa rígida 110 presenta una cavidad
formada por una superficie cóncava 112 y un paso 111 de control o
regulación al que se aplica una fuente de fluido a baja presión
200.
La capa rígida 120 tiene una abertura de
admisión consistente en el paso 121 y 122, que desemboca en el
centro de una superficie cóncava 125 la cual forma una cavidad en
la segunda capa rígida 120. Se forma una abertura de salida por los
pasos 123 y 124 que desemboca en la superficie cóncava a un lado
del paso 122.
En esta forma de ejecución, la capa flexible 130
que actúa como una membrana flexible en las cavidades, tiene una
capa 140 rígida de refuerzo 140 dispuesta por encima y frente a la
superficie cóncava 112. La capa rígida de refuerzo aumenta la zona
de superficie de la membrana flexible, ya que impide la deformación
de la membrana en los pasos 122 y 124.
Como en la forma de ejecución de la fig. 1, la
abertura del paso 122 en la superficie 125 puede quedar circundada
por un reborde o nervadura de obturación hermética como en la forma
de ejecución de la fig. 2.
El refuerzo rígido está preferentemente
configurado para tener la misma curvatura que la superficie cóncava
125 y se extiende para cubrir ambas aberturas de los pasos 122 y
124.
La presión de agrietamiento de la válvula de
descarga en esta forma de ejecución es la presión de entrada
suficiente para desplazar la membrana flexible rígida posterior
fuera del asiento de admisión y permitir el flujo. Esto tiene lugar
cuando la fuerza sobre el lado de la entrada supera la fuerza
procedente del lado de la cámara de baja presión que se encuentra
entre la capa flexible y la superficie cóncava 112. La fuerza sobre
el lado de entrada en la posición cerrada es función de la presión
de entrada y de la zona de abertura de admisión y puede expresarse
por la ecuación:
Fi =
PiAi
donde Fi es la fuerza sobre el lado de entrada,
Pi es la presión en la abertura de admisión y Ai es la superficie
de la abertura de
admisión.
La fuerza procedente del lado de la cámara es
función de la presión en la cámara y de la superficie del elemento
rígido de refuerzo y puede expresarse por la ecuación:
Fc =
KPcAb
donde Fc es la fuerza sobre el lado de la cámara,
Pc es la presión en la cámara, Ab es la superficie del refuerzo
rígido y K es una constante de
proporcionalidad.
La presión y la superficie de la abertura de
salida tienen también un efecto pequeño sobre la presión de
agrietamiento. Las proporciones de la abertura de admisión y de la
abertura de salida así como la dimensión del elemento rígido de
refuerzo y el nivel de presión en la cámara de baja presión tienen
en conjunto un efecto sobre la presión de agrietamiento y pueden
establecerse independientemente para obtener las características de
flujo deseadas desde la válvula de descarga.
En resumen, se consigue una superior presión de
agrietamiento para una presión baja dada con la capa de refuerzo
que sin ella.
Así pues, con un mismo tubo suministrador de
presión que alimente muchas válvulas de descarga, pueden variarse
las presiones individuales de agrietamiento en la válvula de
descarga variando la superficie del elemento de refuerzo.
Las válvulas descritas anteriormente pueden
también actuar como válvulas de descarga accionadas por piloto.
En una forma de ejecución de la presente
invención, las capas rígidas están compuestas de acrílico fundido
claro plenamente normalizado, y la capa flexible se compone de
lámina de silicona. Cada una de las capas rígidas tiene un espesor
aproximado de 2,54 a 6,35 mm y la capa flexible tiene un espesor
aproximado de 2,54 mm y un diámetro aproximado de 1,89 mm. Los
pasos conductores del fluido tienen un diámetro de aproximadamente
0,50 mm y las superficies cóncavas un diámetro de 3,96 mm, un radio
esférico de 2,54 mm y una profundidad de aproximadamente 0,63
mm.
Quede entendido que las formas de realización
aquí descritas son meramente ilustrativas y no se pretende limitar
con ellas el ámbito de la invención. Debe entenderse que pueden
hacerse diversos cambios,
alteraciones, nuevas disposiciones y modificaciones por parte de los expertos en esta técnica, sin salir sustancialmente del campo cubierto por la presente invención.
alteraciones, nuevas disposiciones y modificaciones por parte de los expertos en esta técnica, sin salir sustancialmente del campo cubierto por la presente invención.
Claims (5)
1. Una válvula de descarga (100) que
comprende:
una primera y una segunda capas rígidas (110,
120) que tienen una capa flexible (130) montada entre las mismas y
un medio que forma una cavidad en un lado, así como en el otro
lado, de la capa flexible,
un paso de admisión (121, 122) y un paso de
salida (123, 124) en comunicación con la cavidad situada en el lado
citado de la capa flexible (130),
un paso (111) de regulación o control dentro de
la cavidad del otro lado de la capa flexible (130),
con lo cual la capa flexible (130) es amovible
al interior de una posición extrema dentro de dicha cavidad,
comprendiendo la válvula de descarga (100) un medio (200) para
suministrar una primera presión del fluido sobre el paso de control
(111) para impeler la capa flexible (130) a la posición extrema
citada,
quedando impedida la comunicación entre los
pasos de admisión (121, 122) y de salida (123, 124) cuando la capa
flexible (130) se encuentra en la posición extrema citada,
y fluyendo el fluido de entrada desde el paso de
admisión (121, 122) hacia el paso de salida (123, 124) cuando la
presión del fluido de entrada excede de la primera presión del
fluido,
caracterizada porque
la cavidad sobre el primer lado de la capa
flexible (130) tiene una superficie cóncava (125), y
estando un elemento rígido de refuerzo (140)
montado en el otro lado de la capa flexible (130), en la que el
elemento de refuerzo (140) recubre las aberturas de la entrada
(122) y de la salida (124) cuando la capa flexible (130) se
encuentra en la posición extrema citada.
2. La válvula de descarga (100) según la
reivindicación 1, en la cual el paso (122) de admisión desemboca en
la cavidad, en una porción central de la superficie cóncava (125),
en la que el paso (124) de salida se abre en la cavidad, en un lado
de la porción central de la superficie cóncava (125).
3. La válvula de descarga (100) según la
reivindicación 2, en la que la superficie cóncava (25') tiene un
reborde (26) alrededor de la abertura del paso de admisión (22')
para efectuar un sello hermético con la capa flexible (130) cuando
se encuentra en la posición extrema citada.
4. La válvula de descarga (100) según las
reivindicaciones 1-3, en la cual el elemento rígido
de refuerzo (140) tiene una superficie convexa montada sobre la
capa flexible (130).
5. La válvula de descarga (100) según la
reivindicación 4, en la cual la superficie convexa y la superficie
cóncava (125) tienen la misma curvatura.
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