КЛАПАН, В ЧАСТНОСТИ, РАДИАТОРНЫЙ КЛАПАН
VALVE, NAMELY RADIATOR VALVE

Данное изобретение относится к клапану, в частности к радиаторному клапану, содержащему корпус, впускное отверстие, выпускное отверстие, устройство седел клапана, расположенное между указанным выпускным отверстием и указанным выпускным отверстием, и клапанный элемент, выполненный с возможностью перемещения относительно указанного устройства седел клапана, причем для детекции положения указанного клапанного элемента используются детекторные средства.
Такой клапан известен, например, из патентного документа DE 3900866 С2. Клапанный элемент приводится в действие двигателем, действующим на клапанный элемент через редуктор. Между редуктором и клапанным элементом расположен вращающийся диск. Диск имеет отметки для возможности детекции углового положения диска, которое может быть использовано для вычисления положения клапанного элемента.
Другой клапан упомянутого выше типа известен из патентного документа DE 19742098 С2. Клапанный элемент приводится в действие электрическим двигателем. Для детекции точки закрытия клапанного элемента двигатель отрегулирован на постоянную скорость вращения. Скорость вращения измеряют и пропускают через фильтр нижних частот. После этого вычисляют первую производную отфильтрованного сигнала и детектируют, превышает ли первая производная заданное значение. В этом случае детектируют точку закрытия.
В обоих клапанах детекция точки закрытия является весьма сложной. Однако что касается радиаторных клапанов, то существует проблема, которая заключается в определении точки закрытия клапанов, поскольку определение правильной точки закрытия является весьма важным для точности регулировки.
Седла клапанов, известные из уровня техники, обычно изготовлены из твердого материала, например металла, а клапанный элемент прилегает к седлу клапана посредством мягкого материала, например резины. Если бы имелась «неограниченная» энергия, то можно было бы сжать резину на седле клапана и затем детектировать точку закрытия с достаточной точностью. Однако при длительном периоде работы снова возникают «проблемы», так как резина или другой пластичный материал со временем деформируется, и тогда со временем изменяются как точки закрытия, так и интервал регулирования.
Задачей изобретения является создание простого способа определения положения клапанного элемента и, кроме того, определения точки закрытия.
Решение этой цели заключается в том, что указанное устройство седел клапана содержит по меньшей мере первое седло клапана и второе седло клапана, причем по меньшей мере одним из указанного первого седла клапана и второго седла клапана образовано базовое седло клапана, при этом указанный клапанный элемент выполнен с возможностью перемещения для контакта по меньшей мере с указанным базовым седлом клапана.
В стандартном радиаторном клапане клапанный элемент обычно покрыт мягким материалом, который, в конечном счете, входит в контакт с седлом клапана. Этот мягкий материал затем прижимается к седлу клапана, когда клапан закрывается. Вследствие мягкости и сжимаемости этого материала трудно точно детектировать точку, когда клапан закрывается. Этот недостаток может быть устранен путем использования второго седла клапана, с которым клапанный элемент также может войти в контакт. Данное изобретение является особенно предпочтительным в отношении прикладных областей, связанных с применением батарей, где имеется ограниченная энергия.
В предпочтительном варианте осуществления указанные детекторные средства выполнены с возможностью детекции контакта между указанным клапанным элементом и указанным базовым седлом клапана. Поскольку по меньшей мере имеются два седла клапана, то одно из седел клапана может быть выполнено с возможностью точной детекции точки закрытия, т.е. точки, в которой клапанный элемент входит в контакт с этим базовым седлом клапана. Данный клапан также может использоваться с целью охлаждения.
Предпочтительно одним из указанных седел клапана образовано закрывающее седло клапана, а другим из указанных седел образовано регулирующее седло клапана. Данный клапан обычно используют для двух целей. Одна цель заключается в регулировании или управлении потоком текучей среды, проходящим через радиатор или теплообменник системы охлаждения. Другая цель заключается в прерывании этого потока. Обычно одно и то же седло клапана выполняет обе функции. Однако при наличии по меньшей мере двух седел клапана эти две функции могут быть присвоены, соответственно, разным седлам клапана.
В этом случае предпочтительно указанным базовым седлом клапана образована часть указанного регулирующего седла клапана. Преимущество такого решения заключается в том, что регулирующее седло клапана может использоваться для детекции точки закрытия. Данные о точке закрытия являются необходимыми для точного регулирования клапана. Однако это не является таким важным для полного закрытия клапана, которое может быть получено посредством другого седла клапана.
Предпочтительно указанный клапанный элемент имеет первую поверхность, взаимодействующую с указанным первым седлом клапана, и вторую поверхность, взаимодействующую с указанным вторым седлом клапана, причем указанная первая поверхность отличается от этой второй поверхности. Одна из указанных поверхностей может быть выполнена для облегчения точной детекции контакта между клапанным элементом и базовым седлом клапана, а другая поверхность может быть конструктивно выполнена для другой цели.
При таком способе предпочтительно одна из указанной первой поверхности и указанной второй поверхности является базовой поверхностью, взаимодействующей с указанным базовым седлом клапана, причем указанная базовая поверхность является более твердой, чем указанная по меньшей мере одна другая поверхность. Более твердая поверхность является менее сжимаемой и таким образом позволяет обеспечить более точную детекцию точки закрытия.
Предпочтительно указанная базовая поверхность выполнена из металлического материала, керамики или твердого пластика. Усилия, которые могут возникать внутри клапана, обычно являются недостаточно большими, чтобы сжать металлический материал, керамику или твердый пластик. Поэтому оба седла могут быть выполнены из пластика, например, с различной твердостью.
Предпочтительно указанный клапанный элемент является несжимаемым в области указанной базовой поверхности. Соответственно, не только указанная поверхность или поверхность клапанного элемента является несжимаемой, но и собственно клапанный элемент по меньшей мере в области между базовой поверхностью и штоком клапана или стержнем клапана, который используется для перемещения клапанного элемента, является несжимаемым.
В первом предпочтительном варианте осуществления указанное первое седло клапана расположено параллельно указанному второму седлу клапана. Такое решение обеспечивает возможность простой машинной обработки корпуса, поддерживающего седла клапана. Помимо этого, два седла клапана также могут быть расположены концентрически.
В этом случае предпочтительно указанный клапанный элемент имеет две параллельные поверхности, что обеспечивает весьма простую форму клапанного элемента.
В другом предпочтительном варианте осуществления одно из указанных седел клапана сходит на конус, предпочтительно является конусообразным седлом клапана, причем указанным сведенным на конус седлом клапана образовано указанное регулирующее седло клапана. В этом случае предпочтительно клапанный элемент имеет сведенную на конус базовую поверхность, взаимодействующую со сведенным на конус седлом клапана. Сведенное на конус седло клапана обеспечивает возможность лучшего регулирования потока. При этом обычно существует опасность, заключающаяся в том, что потребуются слишком большие усилия для перемещения сведенного на конус клапанного элемента из сведенного на конус седла клапана, когда конусообразное седло клапана используют для полного закрытия клапана. В данном варианте осуществления это не является необходимым, так как сведенное на конус седло клапана не используется для полного закрытия клапана. Эту функцию выполняет другое седло клапана.
Предпочтительно указанный клапанный элемент приводится в действие исполнительным механизмом, причем указанный исполнительный механизм образует указанные детекторные средства. В этом случае отпадает необходимость в дополнительных детекторных средствах с обеспечением, таким образом, простой конструкции клапана.
В этом случае предпочтительно указанный исполнительный механизм является электрическим двигателем. Когда электрический двигатель вводит клапанный элемент в контакт с базовым седлом клапана так, что дальнейшее перемещение не является возможным, то потребление тока электрическим двигателем резко увеличивается, что может использоваться в качестве сигнала детекции.
Предпочтительно указанный электрический двигатель является шаговым двигателем. В шаговом двигателе положение клапанного элемента может быть детектировано с более высокой надежностью.
Ниже приведено более подробное описание предпочтительных примеров данного изобретения со ссылками на чертежи, на которых
фиг. 1 показывает схематический вид в разрезе первого варианта осуществления,
фиг. 2 показывает схематический вид в разрезе второго варианта осуществления,
фиг. 3 показывает схематический вид в разрезе третьего варианта осуществления,
фиг. 4 показывает различные положения клапанного элемента в клапане в соответствии с фиг. 1 и
фиг. 5 показывает вид, подобный виду на фиг. 4, для клапана, изображенного на фиг. 3.
Фиг. 1 схематически показывает клапан 1 для радиатора или другого теплообменника в системе подогрева или охлаждения. Клапан 1 имеет корпус 2, содержащий впускное отверстие 3 и выпускное отверстие 4. Впускное отверстие 3 и выпускное отверстие 4 также могут быть расположены под углом, отличным от показанного угла. Во всяком случае, корпус может иметь различные геометрически формы, например, наклонную форму, прямолинейную, прямоугольную, Т-образную формы и т.д.
Устройство седел клапана, содержащее первое седло 5 и второе седло 6, расположено между впускным отверстием 3 и выпускным отверстием 4.
Клапанный элемент 7 расположен между двумя седлами 5, 6 клапана. Клапанный элемент 7 установлен на штоке 8 клапана. Шток 8 клапана подпружинен пружиной 9. Шток 8 клапана имеет концевую секцию 10, выступающую из корпуса 2 так, что исполнительный механизм А может воздействовать на шток 8 клапана в направлении, противоположном действию пружины 9. Исполнительный механизм А регулирует положение клапанного элемента 7. Исполнительный механизм А выполняет функцию детекторных средств для детекции положения клапанного элемента 7. Исполнительный механизм А в предпочтительном варианте осуществления является электрическим двигателем, в частности, шаговым двигателем. Однако возможно использование других исполнительных механизмов, например сильфона, материала с возможностью расширения при нагревании, например воска или подобных им.
Исполнительный механизм А постоянно получает информацию или «сведения» о фактическом положении клапанного элемента 7. Поэтому исполнительный механизм А может легко детектировать фактическое положение клапанного элемента 7. Следовательно, исполнительный механизм А может детектировать внезапную остановку клапанного элемента.
Клапанный элемент 7 имеет первую поверхность 11, обращенную к первому седлу 5 клапана, и вторую поверхность 12, обращенную ко второму седлу 6 клапана. Первая поверхность 11 расположена на первом покрытии 13 клапанного элемента. Вторая поверхность 12 расположена на втором покрытии 14 клапанного элемента. Первое покрытие 13 клапанного элемента является значительно более твердым, чем второе покрытие 14 клапанного элемента. Второе покрытие 14 клапанного элемента может быть выполнено из эластичного или эластомерного материала, например, из пластика или резины. Первое покрытие 13 клапанного элемента может быть выполнено из несжимаемого материала, например, металлического материала, который является несжимаемым. Когда исполнительный механизм А перемещает клапанный элемент в направлении первого седла 5 клапана, первая поверхность 11 клапанного элемента 7 входит в контакт с первым седлом 5 клапана. Поскольку первое покрытие 13 клапанного элемента является твердым, то исполнительный механизм А может незамедлительно детектировать контакт между первой поверхностью 11 и первым седлом 5 клапана. Эта детекция может быть выполнена, поскольку клапанный элемент 7 внезапно останавливается и дальнейшее его продвижение становится невозможным. В этот момент положение клапанного элемента 7 относительно первого седла 5 клапана является зафиксированным и обеспечивает точную детекцию первой точки закрытия. Исполнительный механизм А «распознает» это положение и может использовать информацию об этом положении для дополнительного регулирования клапана 1. Другими словами, исполнительный механизм А может регулировать клапанный элемент 7 относительно первого седла 5 клапана с целью регулирования зазора между первой поверхностью 11 и первым седлом 5 клапана до ширины, необходимой для требуемого регулирования текучей среды, проходящей через клапан 1.
Как правило, твердое седло и связанный с ним клапанный элемент используются с целью регулирования (например, вместе с детекцией точки закрытия), так как используемый материал со временем не деформируется. Мягкий клапанный элемент используют лишь для герметичного закрытия клапана, а также он может использоваться для регулировок, которые не требуют большой точности. Кроме того, с целью регулирования в этом твердом материале могут быть выполнены «изгибы».
Когда клапанный элемент 7 входит в контакт с первым седлом 5 клапана, положение клапанного элемента 7 может быть точно определено. Следовательно, первое седло 5 клапана является «базовым седлом клапана».
Поскольку исполнительный механизм А обеспечивает регулирование потока текучей среды, проходящей через клапан 1, за счет регулирования зазора или расстояния между клапанным элементом 7 и первым седлом 5 клапана, то первое седло 5 клапана в то же самое время образует регулирующее седло клапана.
Первую поверхность 11 используют для определения точного положения клапанного элемента 7. Соответственно, первая поверхность 11 является базовой поверхностью, взаимодействующей с базовым седлом клапана.
Поскольку первая поверхность 11 является весьма твердой, то трудно получить надежное плотное закрытие клапана 1 за счет прижатия первой поверхности 11 к первому седлу 5 клапана.
Однако необходимость в этом отсутствует, так как вторая поверхность 12 является значительно более мягкой, чем первая поверхность 11. Когда клапанный элемент 7 перемещается в направлении ко второму седлу 6 клапана и входит с ним в контакт, он может быть перемещен дальше с обеспечением тем самым сжатия второго покрытия 14 клапанного элемента и герметичного закрытия клапана 1.
Это состояние показано на фиг. 4а. Клапанный элемент 7 перемещен так, что вторая поверхность 12 останавливается с опорой на второе седло 6 клапана. Поскольку второе покрытие 14 клапанного элемента является довольно мягким, то клапанный элемент 7 может перемещаться дальше даже после первого контакта второй поверхности 12 со вторым седлом 6 клапана с обеспечением тем самым герметичного уплотнения. Теперь клапан 1 находится в закрытом состоянии, при этом текучая среда, поступающая во входное отверстие 13, не может проходить в выпускное отверстие 4.
Фиг. 4b показывает клапанный элемент 7 в положении между первым седлом 5 клапана и вторым седлом 6 клапана. В этом положении происходит регулирование потока текучей среды, проходящего из впускного отверстия 3 к выпускному отверстию 4, посредством расстояния между клапанным элементом 7, точнее между первой поверхностью 11 клапанного элемента 7 и первым седлом 5 клапана.
Фиг. 4с показывает положение клапанного элемента 7, в котором первая поверхность 11 входит в контакт с первым седлом 5 клапана. Это положение является точкой закрытия клапана 1. Эта точка закрытия может быть легко определена посредством исполнительного механизма А (на фиг. 4 не показан), так как перемещение клапанного элемента 7 возможно только до точки закрытия. Однако по достижении точки закрытия перемещение прекращается.
В этом положении клапанный элемент 7 перекрывает тракт от впускного отверстия 3 к выпускному отверстию 4. Однако этот тракт для текучей среды может не быть абсолютно герметичным.
Фиг. 2 показывает другой вариант осуществления клапана 1. Одинаковые элементы обозначены одинаковыми номерами позиций.
В этом случае первое покрытие 13 клапанного элемента отсутствует. Клапанный элемент 7 входит в контакт непосредственно с первым седлом 5 клапана, когда он находится в положении, показанном на фиг. 4с.
Собственно клапанный элемент 7 является более твердым, чем второе покрытие 14 клапанного элемента. Следовательно, когда клапанный элемент 7 входит в контакт с первым седлом 5 клапана, дальнейшее перемещение клапанного элемента 7 по направлению к первому седлу 5 клапана невозможно, при этом точка закрытия может быть детектирована с достаточной точностью.
В вариантах осуществления, показанных на фиг. 1 и 2, два седла 5, 6 клапана расположены параллельно. Клапанный элемент 7 имеет поперечное сечение в форме прямоугольника. Две поверхности 11, 12 клапанных элементов 7 также расположены параллельно.
Фиг. 3 показывает третий вариант осуществления клапана 1. Одинаковые элементы обозначены одинаковыми номерами позиций.
Первое седло 5 клапана имеет сведенную на конус или конусообразную форму. Клапанный элемент 7 имеет первую поверхность 11, которая также имеет конусообразную форму. Угол конуса первого седла 5 клапана и первой поверхности 11 являются одинаковыми. Углы между двумя коническими поверхностями также могут отличаться друг от друга, например, на 3° или как-то по-другому. Первая поверхность выполнена непосредственно на клапанном элементе 7.
Второе покрытие 14 клапанного элемента образует более мягкую вторую поверхность 12. Следовательно, когда клапанный элемент перемещается, так что вторая поверхность 12 входит в контакт со вторым седлом 6 клапана, может быть получено герметичное закрытие клапана 1.
Это состояние показано на фиг. 5а. Вторая поверхность 12 входит в контакт со вторым седлом 6 клапана. Поскольку второе покрытие 14 клапанного элемента является достаточно мягким, то клапан 1 может быть закрыт с перекрытием любого потока, проходящего из впускного отверстия 3 к выпускному отверстию 4.
На фиг. 5b показано состояние, в котором клапанный элемент 7 находится в положении между первым седлом 5 клапана и вторым седлом 6 клапана. При этом поток текучей среды из впускного отверстия 3 к выпускному отверстию 4 должен пройти через зазор 15 между клапанным элементом 7 и первым седлом 5 клапана. Данное положение клапанного элемента 7 определяет ширину этого зазора 15.
Фиг. 5с показывает состояние, в котором клапанный элемент 7 входит в контакт с первым седлом 5 клапана для детекции точки закрытия клапана 1.
Клапанный элемент 7 может быть выполнен из металлического материала, так что первая поверхность 11 клапанного элемента 7 также выполнена из металлического материала. Этот металлический материал не может быть сжат, так что точку закрытия клапана 1 можно детектировать с достаточно высокой точностью.
Данное изобретение описано выше в отношении клапана, содержащего устройство седел клапана и устройство клапанного элемента. Однако данное изобретение также может использоваться с клапанами других типов, в которых должно быть известным положение клапанного элемента, например, с шаровыми клапанами, золотниками и т.д. В этом случае термин «базовое седло клапана» следует заменить термином «базовый ограничитель». Тогда клапанный элемент или элемент, прикрепленный к клапанному элементу, может по-прежнему иметь базовую поверхность