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壓力無關式控制閥.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510199193.2

申請日:

2015.04.24

公開號:

CN105020449A

公開日:

2015.11.04

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F16K 17/30申請日:20150424|||公開
IPC分類號: F16K17/30; F16K47/08; F16K31/126 主分類號: F16K17/30
申請人: 西門子瑞士有限公司
發明人: S.蛤格曼恩
地址: 瑞士蘇黎世
優先權: 14165902.9 2014.04.24 EP
專利代理機構: 中國專利代理(香港)有限公司72001 代理人: 李晨; 董均華
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510199193.2

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.08.17|||2015.12.02|||2015.11.04

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種壓力無關式控制閥包括閥體(1)和中空活塞(9),閥體(1)具有入口(2)、出口(3)、流動通道(4),流動通道(4)將入口(2)聯接至出口(3),中空活塞(9)布置在閥體(1)中的座部中,使得中空活塞(9)構造成運動,中空活塞(9)具有包封件,使得壓力無關式控制閥保持與流體通道(4)內的和中空活塞(9)內的不同流體壓力,壓力無關式控制閥包括室(15)和偏壓構件(13)以朝向室(15)推壓中空活塞(9),室(15)與入口(2)和中空活塞(9)的內部流體連通,使得閥在環形通道(15)內、在入口(2)處和在中空活塞(9)內施加大體相同的壓力。

權利要求書

權利要求書
1.  一種壓力調節閥,特別是一種壓力無關式控制閥,包括:
閥體(1),其具有至少一個入口(2)、至少一個出口(3)、至少一個流動通道(4),所述至少一個流動通道(4)將所述至少一個入口(2)聯接至所述至少一個出口(3),
至少一個室,其與所述至少一個入口(2)流體連通,使得所述壓力調節閥構造成在所述至少一個入口(2)處和在所述至少一個室內施加大體相同的壓力,
至少一個可移位元件(9),其優選地包括至少一個活塞(9),將所述至少一個室從所述至少一個流動通道(4)分隔開,
所述至少一個可移位元件(9)包括柔性隔膜(18),其連接至所述閥體(1),
所述至少一個可移位元件(9)能夠移位,以增加所述至少一個室的體積,并且將所述至少一個流動通道(4)變窄,
使得所述可移位元件(9)減小流體經過所述至少一個流動通道(4)的通過量,
所述壓力調節閥還提供至少一個偏壓構件(13),特別是至少一個螺旋彈簧(13),其構造成推壓所述至少一個可移位元件(9),使得它(13)促使所述至少一個室的體積減小且所述流動通道(4)的體積增大,以便增大流體經過所述流動通道(4)的通過量。

2.  根據權利要求1所述的壓力調節閥,其中,所述至少一個可移位元件(9)構造成借助于單連通表面(10、18)將所述至少一個室和所述至少一個流動通道(4)分隔開。

3.  根據權利要求1至2中任一項所述的壓力調節閥,特別是壓力無關式控制閥,其中,所述閥包括至少一個節流器(5),其布置在所述閥體(1)中的座部中,并且其中,所述節流器(5)的座部布置成與所述至少一個可移位元件(9)相距一距離。

4.  根據權利要求1至3中任一項所述的壓力調節閥,其中,所述至少一個室提供至少一個容器(15),并且所述至少一個容器(15)和/或所述入口(2)經由至少一個通路(16)處于流體連通。

5.  根據權利要求4所述的壓力調節閥,其中,所述壓力調節閥提供將所述容器(15)從所述至少一個室分隔開的壁,并且其中,所述容器(15)和/或所述至少一個室經由所述壁中的至少一個孔穴(17)處于流體連通。

6.  根據權利要求1至5中任一項所述的壓力調節閥,其中,所述柔性隔膜(18)連接至所述閥體(1),所述柔性隔膜(18)特別是由橡膠和/或織物涂覆式橡膠和/或雙軸取向聚對苯二甲酸乙二醇酯和/或聚酯膜和/或金屬箔制成的柔性的滾壓隔膜。

7.  根據權利要求6所述的壓力調節閥,其中,所述柔性隔膜(18)對流體流動是不可透過的,使得它(18)防止在所述至少一個室和所述至少一個流體通道(4)之間的流體流動。

8.  根據權利要求1至7中任一項所述的壓力調節閥,其中,所述偏壓構件(13)布置在所述至少一個室的內部。

9.  根據權利要求1至8中任一項所述的壓力調節閥,其中,所述至少一個可移位元件(9)可動地布置在所述閥體(1)中的座部中。

10.  根據權利要求1至9中任一項所述的壓力調節閥,其中,所述至少一個偏壓構件(13)包圍引導元件(11)。

11.  根據權利要求10所述的壓力調節閥,其中,所述可移位元件(9)是活塞,并且所述偏壓構件(13)至少部分地布置在所述活塞(9)內。

12.  根據權利要求10至11中任一項所述的壓力調節閥,其中,所述引導元件(11)連接至伸縮桿(12),并且所述伸縮桿(12)經由調整螺栓(19)連接至所述閥體(1)。

13.  根據權利要求12所述的壓力調節閥,其中,所述偏壓構件(13)固定至所述引導元件(11),使得所述伸縮桿(12)構造成通過調整所述螺栓(19)來改變施加至所述構件(13)的偏壓作用。

14.  根據權利要求1至13中任一項所述的壓力調節閥,其中,軸承使所述至少一個可移位元件(9)和所述閥體(1)中的相應座部之間的摩擦和/或滯后作用最小,所述軸承特別是摩擦類型的軸承或滾珠類型的軸承。

15.  一種供暖、空調、通風系統,特別是建筑物的供暖、空調、通風系統,所述系統具有根據前述權利要求中任一項所述的壓力調節閥。

說明書

說明書壓力無關式控制閥
技術領域
本發明涉及一種改進的控制閥。本發明重點在于一種控制閥,其中,流體流量是節流器位置的函數。更具體地,如本文所公開的所述控制閥實現了與所述閥的出口處的壓力大體無關的流速。
背景技術
流量控制閥通常使用在建筑物的HVAC(供暖、通風、空調)系統中。這些系統通常使例如水的流體流通經過多個管道,以便提供供暖或制冷。流量控制閥的目的是實現流體經過系統的管道的流量受到控制。
流動經過所述閥的水量基本上由節流器的位置支配。因此可省掉測量經過HVAC系統的水流量的單獨的流量計。
以流體的通過量乘以系統中的溫降來計算所傳送的能量的量。水流量是由節流器的位置所確定的,并且溫降被單獨地測量。在本文的HVAC系統中,經常以kWh來測量能量的量。
美國專利US7128086B2授權于2006年,并且公開了一種流量控制閥。根據US7128086B2的所述閥包括可沿著軸線X1運動的中空活塞110。彈簧160沿著同一軸線X1的方向對中空活塞110施加一力。滾壓隔膜布置在活塞110的一側上。所述滾壓隔膜與中空活塞110連接,并且將環形通道109與中空活塞110的內部分隔開。環形通道109經由參考通路180與閥的入口106流體連通。中空活塞110的內部經由中空活塞110的孔穴192與所述閥的出口108流體連通。所述閥還包括通道,所述通道沿周向包圍中空活塞110并且與所述閥的流動通道104流體連通。
該布置的環形通道109中的壓力為所述閥的入口106處的壓力p1。類似地,在中空活塞110內的壓力等于所述閥的出口108處的壓力p3。包圍中空活塞110的室中的壓力p2與所述閥104的流動通道內的壓力相同。
中空活塞110可在壓力p1、p2、p3的影響下和在彈簧160的影響下運動。相應的力一到平衡,在入口處的壓力p1和流動通道內的p2之間的差就主要地確定經過所述閥的流速。閥的出口108處壓力p3的影響被大大消除。
如US7128606B2所公開的布置需要用于引導活塞110的軸向運動的元件118。活塞引導件需要安裝至閥體,并且需要密封件130將環形通道109從中空活塞110的內部分隔開。密封件130和滾壓隔膜將具有最高壓力p1的環形通道109從具有最低壓力p3的活塞110的內部分隔開。在密封件130上和在滾壓隔膜上的應力沿著它的第二回旋件(convolution)138是特別高的。活塞110抵靠引導件118是可動的。由于在密封件130上和滾壓隔膜上的應力,適當選擇這些高應力部件的材料變得有挑戰性。在引導件118的緣部117和活塞110的套筒114之間的間隙需要變窄,以防止活塞110的橫向運動。然而,來自中空活塞110內部的流體必須到達緣部117和第二回旋件138之間的空間。否則,第二回旋件138不會暴露至p1和p3之間的壓降。將需要另外的設計措施以克服經由緣部117的精確引導和跨過第二回旋件128的完全壓降的相互沖突的要求。
本發明的目的是至少緩和上述難題,并且提供一種滿足上述要求的流量控制閥。
發明內容
本發明基于這樣的發現,即與活塞相鄰的密封件的技術約束可通過足夠的壓力的構思來放寬。本文中所公開的閥設計成使得在活塞內的壓力相同于與活塞相鄰的環形通道的壓力。該措施緩和了涉及在環形通道和活塞之間設計密封件的難題。此外,本發明的壓力構思避免了另外的措施以確保圍繞引導元件的壓力的均勻分布。
上述問題由根據本發明的獨立權利要求的壓力無關式控制閥來解決。本發明的優選的實施例由從屬權利要求涵蓋。
本發明的相關目的是提供一種壓力無關式控制閥,其中,可動活塞和引導元件之間的摩擦被降至最低。
本發明的另一相關目的是提供一種壓力無關式控制閥,其中,影響活塞的運動的任何滯后作用是可忽略的。
本發明的另一相關目的是提供一種壓力無關式控制閥,其中,節流器控制經過所述閥的流體通過量至附加的流量計可被免除的點。
本發明的另一目的是提供一種壓力無關式控制閥,該壓力無關式控制閥構造成用于測量跨過所述閥的溫降。
本發明的另一目的是提供一種具有根據本發明的壓力無關式控制閥的供暖、通風和空調系統。
本發明的另一目的是提供一種建筑物,該建筑物具有包括根據本發明的壓力無關式控制閥的供暖、通風和空調系統。
附圖說明
從公開的非限制性實施例中的下文的具體實施方式中,對于所屬領域的技術人員而言,各種特征將是清楚的。伴隨具體實施方式的附圖可簡要地描述如下:
圖1為根據本發明的壓力無關式控制閥的剖面圖。
圖2為流體通過量關于壓力差的圖表。
具體實施方式
圖1示出了根據本發明的壓力無關式控制閥的各種主要的和任選的部件。
壓力控制閥包括閥體1,該閥體1具有開口,所述開口形成入口2和出口3。所述入口2和所述出口3允許流體流動經過所述閥。在優選的實施例中,流體為液體。在特別優選的實施例中,流動經過所述閥的流體是水或含有水的混合物。
流動通道4布置成沿著所述流體路徑并且在所述入口2和出口3之間。在閥的入口2處,所述流體具有大體p1的壓力。在閥的出口3處所述流體的壓力大體為p3。在流動通道4內部的流體(總體)壓力為p2。
節流器5可動地安裝在入口2和流動通道4之間的座部27的內部。節流器5的位置可通過將桿6沿著由箭頭7所指示的方向來回運動而改變。在特定的實施例中,桿6可圍繞由箭頭7所指示的軸線旋轉。在替代的實施例中,桿6不能圍繞由箭頭7所指示的軸線旋轉。
節流器5有效地改變和限制流體經過壓力無關式控制閥的流量。為此,節流器5的體部可透過所述流體。
軸承8限制桿6抵靠閥體1的運動。因此,包圍節流器5和軸承8的閥體的壁為節流器5充當引導元件。
軸承8可為滾珠軸承類型和/或摩擦軸承類型。可設想的是,軸承8還對壓力無關式控制閥進行密封,使得流體不會從所述閥滲漏。
中空活塞9可動地安裝在閥體1中另一個座部的內部。中空活塞9具有蓋10,該蓋10暴露至流動通道4中的壓力p2。可設想的是,蓋的形狀可為不均勻的或可能是大致平的。中空活塞9的暴露至流動通道4內壓力p2的那些部分是不可透過流體的。因此,來自流動通道4的流體不會進入中空活塞9。
可設想的是,中空活塞9的截面可能是圓形的、橢圓形的、三角形的、正方形的、矩形的。中空活塞的截面實際上可具有技術上言之成理的任何形狀9。
中空活塞9的任何運動由閥體中的座部來限制。優選地,用于中空活塞9的座部將活塞9的運動有效地限制在朝向或遠離節流器5的方向。所述座部的壁可通過摩擦類型的軸承和/或通過滾珠軸承來保持中空活塞9。可設想的是,軸承基本不會允許流體流動經過閥體1中在中空活塞5和座部的壁之間的流道。還可設想的是,同一軸承為低摩擦和/或為最小滯后作用而優化。
壓力無關式控制閥包括用于中空活塞9的另一個引導元件11。該引導元件11布置成與蓋10相對,并且穿透一穿過中空活塞9的孔。穿過中空活塞9的孔提供套筒12,該套筒12與引導元件11的壁大體平行。所述套筒12和引導元件11基本上形成軸承。該軸承可為滾珠軸承類型或摩擦軸承類型。在引導元件11和套筒12之間的流道不需要流體密封。可設想的是,由套筒12和引導元件11所形成的軸承為低摩擦和/或為最小滯后作用而優化。
套筒12和引導元件11以與上文所述的閥體1中的座部相同的方式來限制中空活塞9的運動。由此,技術約束(如通過閥體1中的套筒12或通過座部來引導的精度)可放寬至一定范圍。
引導元件11由偏壓構件13包圍。在一優選的實施例中,偏壓構件13是彈簧。在另一個更優選的實施例中,偏壓構件13是螺旋彈簧,特別地是螺旋壓縮彈簧。偏壓構件13安裝至引導元件11的端部14。在一優選的實施例中,引導元件11提供頭部14,該頭部14具有大體平的表面,該大體平的表面壓縮偏壓構件13。
環形通道15(通常稱為容器15)布置成與中空活塞9相鄰。環形通道15經由通路16與壓力無關式控制閥的入口2流體連通。所述環形通道15還與中空活塞9的內部流體連通。在本文中,中空活塞9的內部和容器15形成室。概括地說,所述中空活塞9是可移位元件9,或者是可移位元件的一部分,其將所述室從流動通道4分隔開。根據特定的實施例,可移位元件未提供允許所述室與所述流動通道4流體連通的孔洞、孔口或孔穴。換言之,可移位元件在術語單連通(simply connected)的拓撲意義內提供了單連通的表面。
一個或多個孔穴17位于中空活塞9的將環形通道15和中空活塞9的內部分隔開的壁中。因為入口2、中空活塞9和環形通道15均為流體連通的,這些部件(9、15、2、16、17)暴露至大體相同的壓力p1。
滾壓隔膜18有助于將環形通道內的壓力p1和所述閥的流動通道4內的壓力p2分隔開。除了上述由閥體1中的閥座和中空活塞9所形成的軸承之外,滾壓隔膜18提供密封件。在一優選的實施例中,兩個密封件的存在意味著對于兩個密封件中的每個的技術約束可放寬至一定范圍。如果滾壓隔膜18的密封作用是足夠的,則在活塞9和閥體1之間的接合部可能在一定范圍是可透過的。因此,滾珠軸承可布置在中空活塞9和閥體1之間。隨著中空活塞9的運動,所述布置甚至會受到較少的摩擦和/或較小的滯后作用。
滾壓隔膜18可由任何適當的柔性材料制成。在特定的實施例中,滾壓隔膜18由橡膠和/或織物涂覆式橡膠和/或雙軸取向聚對苯二甲酸乙二醇酯(MYLAR?)和/或聚酯膜和/或金屬箔。
在操作期間,壓力p1會施加一力以將中空活塞9驅動朝向節流器5。偏壓構件13會沿著遠離節流器5的相反方向推壓所述活塞9。因此,允許在緣部28和活塞9(的蓋10)之間的間隙的寬度在一定范圍改變。中空活塞9的運動幅度取決于入口2和流動通道4之間的壓力差。
節流器5相對于它的座部27的位置和中空活塞9相對于緣部28的位置確定流體經過所述閥的通過量。這些位置與出口壓力p3大體無關,使得所述閥實現與出口壓力p3基本無關的流速。同樣的情況在圖2中示出,其中典型的流體通過量(軸21)關于壓力差(軸22)而繪出。流體流量在壓力差23的右手側上基本恒定。
優選地,活塞9提供表面10以將所述室從流動通道4分隔開,并且同一表面比由所述隔膜18提供的相應的表面更大。在另一個更優選的實施例中,所述活塞9的分隔表面10的區域是所述隔膜18的分隔表面的至少兩倍。在另一個更優選的實施例中,所述活塞9的分隔表面10的區域比所述隔膜18的分隔表面的區域至少大五倍。
在特定的實施例中,所述壓力無關式控制閥還包括調節螺栓19。該調節螺栓19經由伸縮桿20連接至引導元件11的頭部14。通過轉動螺栓19,可以調整引導元件11的頭部14的位置。因為頭部14還連接至偏壓構件13,所以螺栓19可用于調整由構件13施加的偏壓作用。
螺栓19被用以改變活塞9內的壓力、流動通道4中的壓力和由偏壓構件13所施加的力之間的平衡。由偏壓構件13所施加的偏壓作用的調整對流體經過所述閥的最大通過量有影響。流體經過所述閥的流量將取決于中空活塞9和邊緣28之間的間隙。通過改變所述閥內的壓力和力的平衡,該間隙也會改變。因此,所述偏壓作用的調整會影響流體經過壓力無關式控制閥的最大流量。在圖2上的箭頭24指示了由于偏壓作用的調整而造成的流體流速的可能的變化。
實際上,輸入2和輸出3之間的壓力差一旦超過一閾值,流體經過所述閥的流量就與出口壓力p3無關。在p1和p2之間的任何差受限于p1和p3之間的差。在入口2和流動通道4之間的壓力差p1-p2不能超過那個值。如果在p1和p2之間的差變得太小,則流體經過所述閥的流量會取決于入口p1和出口p3之間的壓力差。圖2以具有正斜率的線25示出這個機制。
壓力差22一旦到達恒定的流量的起始點23,流體經過所述閥的通過量就會與出口壓力p3基本無關。通過改變調整螺栓19的位置,實現恒定的流量所需要的壓力差也會改變。
恒定的流量和最大通過量的起始點23的調整提供了明顯的益處,即其中壓力無關式控制閥需要在一定界限內是準確的。這通常也適用于控制閥致使單獨的流量計過時的應用。壓力無關式控制閥于是被要求在壓力差的給定范圍內產生恒定的流量。在本文中恒定意為流體經過所述閥的流量由節流器5的位置來確定。
在另一實施例中,壓力無關式控制閥設置多個溫度傳感器以確定溫降。所述溫度傳感器可例如布置在所述閥的入口處和/或出口處。該特定的實施例對于計量是特別有用的。
通過改變調整螺栓19的位置,控制閥的恒定的流量的起始點以及因此的壓力差的有用范圍被設定。同樣地,流體經過閥的最大通過量會影響準確度。而且,對于給定的建筑物,流體的最大流量將取決于采用在該建筑物中的HVAC系統的特性。因此,調整螺栓19允許壓力無關式控制閥適用于建筑物的特定HVAC系統。
應當理解的是,上文僅涉及本發明的特定的實施例,并且在不偏離由所附的權利要求書所限定的本發明的精神和范圍的情況下,可以在實施例中作出許多改變。還應當理解的是,本發明并不限于所示出的實施例,并且可在所附的權利要求書的范圍內做出各種修改。
參考數字
1  閥體
2  入口
3  出口
4  流動通道
5  節流器
6  桿
7  指示桿6的可能運動的箭頭
8  包圍桿6的軸承
9  中空活塞
10  蓋
11  引導元件
12  套筒
13  偏壓構件
14  頭部
15  環形通道
16  通路
17  孔穴
18  滾壓隔膜
19  調整螺栓
20  伸縮桿
21  經過閥的流速的軸
22  壓力差的軸
23  恒定流量的起始點
24  最大流量的變化
25  流速關于壓力差的成比例機制
26  恒定流量的起始點的變化
27  節流器5的座部
28  緣部。

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