Термостатический клапан, в частности радиаторный клапан
THERMOSTATIC VALVE, IN PARTICULAR RADIATOR VALVE

Настоящее изобретение относится к термостатическому клапану, в частности к радиаторному клапану, содержащему корпус клапана, имеющий входное отверстие, выходное отверстие и клапанное седло, расположенное между указанным входным отверстием и указанным выходным отверстием, клапанный элемент, соединенный со стержнем, причем указанный клапанный элемент выполнен с возможностью перемещения к указанному клапанному седлу и от указанного клапанного седла, а также сильфонный элемент, приводящий в действие указанный стержень.
Такой термостатический клапан известен, например, из документа WO 92/20945.
Сильфонный элемент предназначен для управления потоком текучей среды через клапан как функции температуры окружающей среды. Когда температура окружающей среды повышается, сильфонный элемент перемещает клапанный элемент ближе к клапанному седлу таким образом, что поток текучей среды через клапан уменьшается. Когда температура окружающей среды понижается, клапанный элемент перемещается, удаляясь от клапанного седла таким образом, что поток текучей среды через клапан может возрастать.
В некоторых случаях сильфонный элемент закрывает клапан, поскольку температура окружающей среды достаточно высока. В закрытом состоянии клапанный элемент входит в контакт с клапанным седлом таким образом, что через клапан не возможен поток текучей среды. Однако если в такой ситуации температура окружающей среды повышается еще больше, то создается избыточное давление. Для того чтобы избежать повреждений, вызванных избыточным давлением, используют функцию защиты от избыточного давления. Данную функцию обычно реализуют внутри сильфонного элемента. Сильфонный элемент может увеличивать свой объем в зависимости от температуры, не перемещая дополнительно стержень и клапанный элемент.
Однако для реализации такой функции требуется некоторое пространство, что делает клапан более крупным и дорогостоящим.
Задача данного изобретения состоит в создании клапана с малыми размерами.
Задача решена посредством вышеописанного термостатического клапана, в котором указанный стержень выполнен с возможностью перемещения дальше положения, в котором указанный клапанный элемент входит в контакт с указанным клапанным седлом.
Другими словами, функция защиты от избыточного давления не является больше частью сильфонного элемента, а встроена теперь в клапан. При возникновении избыточного давления вследствие повышения температуры и увеличения объема сильфонного элемента сохраняется возможность сдвига стержня еще дальше в направлении клапанного седла. Такое перемещение возможно, хотя клапанный элемент уже вошел в контакт с клапанным седлом. Таким образом, нет необходимости предусматривать указанную функцию в сильфонном элементе. Сильфонный элемент можно выполнять небольшим, с низкими затратами, поскольку в сильфонном элементе можно обойтись без части, необходимой для реализации функции защиты от избыточного давления. Для того чтобы реализовать функцию защиты от избыточного давления, необходимо только наличие небольшого количества частей внутри самого корпуса клапана.
Указанный клапанный элемент предпочтительно содержит сквозное отверстие, причем указанный стержень проходит через указанное сквозное отверстие. Если возникает избыточное давление, клапанный элемент упирается в клапанное седло, а стержень продвигается еще дальше через клапанный элемент. Другими словами, стержень может сдвигаться или перемещаться внутри указанного клапанного элемента таким образом, что положение клапанного элемента относительно клапанного седла не изменяется в случае наличия избыточного давления.
Указанный стержень предпочтительно имеет стопор. Указанный клапанный элемент выполнен с возможностью прижатия к указанному стопору посредством пружины избыточного давления. Стопор предназначен для перемещения клапанного элемента от клапанного седла при перемещении стержня от клапанного седла, например, в случае понижения температуры окружающей среды. Пружина избыточного давления определяет положение клапанного элемента на стержне в спокойном состоянии, то есть при отсутствии избыточного давления. Однако при наличии избыточного давления стержень может быть перемещен дальше в направлении клапанного седла.
Указанная пружина избыточного давления предпочтительно представляет собой винтовую пружину, окружающую указанный стержень. Для пружины избыточного давления не требуется дополнительное пространство, так как вокруг стержня имеется достаточно пространства.
В предпочтительном варианте изобретения указанная пружина избыточного давления расположена между указанным клапанным элементом и частью указанного корпуса клапана. Часть корпуса клапана является неподвижной, то есть в любом случае она не перемещается. Таким образом, имеется надежная точка фиксации для поддержания пружины избыточного давления.
Указанная часть предпочтительно зафиксирована внутри указанного корпуса и содержит герметизирующие средства, действующие на указанном стержне. Данная часть изготовлена отдельно от указанного корпуса и может быть зафиксирована в указанном корпусе любыми известными средствами. Она направляет стержень и в то же время герметизирует стержень от внешней среды.
В предпочтительном варианте изобретения открывающая пружина воздействует на указанный стержень, причем указанная открывающая пружина имеет пружинное усилие открытия, большее, чем пружинное усилие избыточного давления указанной пружины избыточного давления в полностью открытом состоянии указанного клапана. Открывающая пружина обычно предназначена для перемещения клапанного элемента от указанного клапанного седла, если сильфонный элемент не действует в противоположном направлении. В рассматриваемом случае открывающая пружина должна превзойти усилие пружины избыточного давления для открытия клапана. Таким образом, во избежание использования дополнительных средств привода в действие рекомендуется, чтобы усилие открывающей пружины было больше, чем усилие пружины избыточного давления.
В другом предпочтительном варианте изобретения указанное клапанное седло образовано в виде отверстия канала, причем указанный канал ограничен в окружном направлении стенкой, при этом указанная стенка расположена параллельно направлению перемещения указанного стержня, причем указанный клапанный элемент выполнен с возможностью вставки в указанный канал. Если в данном варианте изобретения возникает избыточное давление, то стержень клапана может перемещаться еще дальше в канал. Однако в этом случае клапанный элемент не может перемещаться относительно стержня, но выполнен с возможностью перемещения в канал совместно со стержнем. Такое перемещение не влияет на герметизацию. Клапанный элемент еще находится в контакте со стенкой канала, предотвращая любой поток текучей среды через клапан. Тем не менее, при этом сохраняется возможность перемещения стержня.
Указанный клапанный элемент предпочтительно выполнен с возможностью сжатия в радиальном направлении. Если стержень перемещается дальше после того, как клапанный элемент вошел в контакт с клапанным седлом, клапанный элемент слегка сжимается в радиальном направлении таким образом, что создается герметизирующее усилие, которое является достаточно большим. Если клапанный элемент перемещается внутри канала, то осевое усилие, которое может быть использовано для создания герметизации, отсутствует.
В предпочтительном варианте изобретения указанный клапанный элемент установлен в канавке, выполненной на указанном стержне. Канавка обеспечивает возможность удержания клапанного элемента в фиксированном положении на стержне против сил, действующих в двух направлениях, то есть в направлении к клапанному седлу и в направлении от клапанного седла. Таким образом, клапанный элемент может быть не только сдвинут в канал, но также может быть вытянут из канала без изменения положения на стержне.
Указанный канал предпочтительно имеет коническую переднюю поверхность, окружающую указанное отверстие. Указанная коническая передняя поверхность предназначена для сжатия клапанного элемента, если стержень перемещается еще дальше в канал.
Указанная открывающая пружина предпочтительно расположена внутри указанного канала. Таким образом, нет необходимости в дополнительном пространстве снаружи канала.
В предпочтительном варианте изобретения указанный канал содержит направляющую секцию, причем указанная направляющая секция имеет уменьшенный диаметр, а указанный стержень выполнен с возможностью вставки в указанную направляющую секцию и с возможностью направления посредством указанной направляющей секции. Благодаря этому клапанное седло и соответствующий клапанный элемент могут иметь больший диаметр для возможности большего потока текучей среды. Стержень направляется во время эксплуатации таким образом, что он оказывается лучше защищен от застревания. Это, в частности, справедливо для ситуации с избыточным давлением.
Указанный канал предпочтительно образован в пластиковой вставке, причем указанная вставка расположена внутри указанного корпуса клапана между указанным входным отверстием и указанным выходным отверстием. Пластиковая вставка может быть образована с относительно большой свободой проектирования. Поскольку силы, действующие на вставку, малы, пластикового материала достаточно. Вставка может быть изготовлена, например, литьем под давлением.
Предпочтительные примеры изобретения описаны далее более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 схематично изображен разрез термостатического клапана;
на фиг.2 схематично изображен разрез термостатического клапана, выполненного согласно второму варианту изобретения;
на фиг.3 схематично изображен разрез термостатического клапана, выполненного согласно третьему варианту изобретения.
На фиг.1 схематично изображен разрез термостатического клапана 1. Клапан 1 содержит корпус 2 клапана. Корпус 2 клапана содержит входное отверстие 3 и выходное отверстие 4, причем клапанное седло 5 расположено между входным отверстием 3 и выходным отверстием 4. Однако могут быть использованы другие формы корпуса клапана, например согнутый под углом корпус.
Корпус 2 клапана выполнен в форме перевернутой буквы «Т». Входное отверстие 3 и выходное отверстие 4 выполнены в «перекладинах» буквы «Т». Ствол 6 корпуса проходит перпендикулярно воображаемой линии, соединяющей входное отверстие 3 и выходное отверстие 4.
Клапанный элемент 7 выполнен с возможностью перемещения между положением, в котором он контактирует с клапанным седлом 5 и отсекает соединение между входным отверстием 3 и выходным отверстием 4, и положением, удаленным от клапанного седла 5 и обеспечивающим проход от входного отверстия 3 к выходному отверстию 4. Расстояние между клапанным элементом 7 и клапанным седлом 5 является параметром, определяющим объемный поток нагревающей жидкости, перетекающей в радиатор, к которому подсоединен клапан 1, или охлаждающей жидкости, перетекающей в охлаждающий блок, к которому подсоединен клапан 1, соответственно.
Клапанный элемент 7 соединен со стержнем 8. Стержень 8 проходит параллельно оси ствола 6 корпуса 2 клапана. В данном примере конец 9 стержня 8 выступает из ствола 6.
В стволе 6 корпуса 2 клапана расположен герметизирующий блок 10, предотвращающий утечку во внешнюю среду через ствол 6 нагревающей или охлаждающей жидкости в корпусе 2 клапана между входным отверстием 3 и выходным отверстием 4. В данном примере герметизирующий блок 10 содержит группу О-образных колец 11, 12, 13. Однако форма герметизирующего блока 10 может быть изменена.
Открывающая пружина 14 выполнена с возможностью воздействия на стержень 8 посредством стопорного средства 15. Открывающая пружина 14 воздействует на стержень 8 в направлении от клапанного седла 5. Другими словами, когда нет дополнительных сил, действующих на стержень 8, клапанный элемент 7 перемещается от клапанного седла 5 на максимально возможное расстояние.
Сильфонный элемент 16 механически соединен с корпусом 2 клапана, более точно, со стволом 6 корпуса 2 клапана, что будет объяснено далее. Сильфонный элемент 16 содержит наполнитель 17 из материала, расширяющегося при повышении температуры. Наполнитель 17 расположен в камере, которая на своей внутренней стороне ограничена гофрированной мембраной 18. Сильфонный элемент 16 дополнительно содержит элемент 19 наполнителя, расположенный внутри гофрированной мембраны 18, причем конец 9 стержня 8 выполнен с возможностью вставки в элемент 19 наполнителя. Элемент 19 наполнителя предназначен для соединения сильфонного элемента 16 со стержнем 8. Когда стержень 8 является в достаточной степени длинным, элемент 19 наполнителя может не предусматриваться.
Сильфонный элемент 16 воздействует непосредственно на стержень 8 клапана, то есть отсутствуют промежуточные элементы, необходимые для передачи усилия от сильфонного элемента 16 на стержень 8.
Как показано на фиг.1, наполнитель 17 сильфонного элемента 16 расширен таким образом, что гофрированная мембрана 18 сжата, и клапанный элемент 7 прижат к клапанному седлу 5. Если температура окружающего воздуха понижается, объем наполнителя 17 уменьшается и гофрированная мембрана 18 может расширяться таким образом, что открывающая пружина 14 перемещает клапанный элемент 7 от клапанного седла 5.
Контрольное средство 20, выполненное в форме кольца, предназначено для соединения сильфонного элемента 16 с корпусом 2 клапана и одновременно для регулирования положения сильфонного элемента 16 относительно корпуса 2 клапана.
Для этого сильфонный элемент 16 содержит выступ 21, расположенный в канавке 22, образованной в контрольном средстве 20. При необходимости, выступ и канавка 22 обеспечивают возможность вращения контрольного средства 20 относительно сильфонного элемента 16. Однако сильфонный элемент 16 неподвижно расположен внутри контрольного средства 20 в направлении, параллельном стержню 8.
Когда положение контрольного средства 20 относительно корпуса 2 отрегулировано, положение сильфонного элемента 16 относительно корпуса 2 также отрегулировано.
В клапанном элементе 7 выполнено сквозное отверстие 23. Стержень 8 проходит через указанное сквозное отверстие 23. Стержень 8 имеет несколько меньший диаметр, чем сквозное отверстие 23, поэтому стержень 8 может сдвигаться внутри сквозного отверстия 23, то есть внутри клапанного элемента 7.
На конце, противоположном вышеупомянутому концу 9, стержень 8 содержит стопор 24. Стопор 24 зафиксирован на стержне 8. Клапанный элемент 7 упирается в указанный стопор 24. Клапанный элемент 7 прижимается к указанному стопору 24 посредством усилия, создаваемого пружиной 25 избыточного давления. Пружина 25 избыточного давления представляет собой винтовую пружину, расположенную между клапанным элементом 7 и герметизирующим блоком 10. Герметизирующий блок 10 считается частью корпуса 2 клапана.
Пружина 25 избыточного давления оказывает осевое усилие на О-образное кольцо 13, увеличивая герметизирующий эффект указанного О-образного кольца 13.
Если температура окружающей среды понижается настолько, что требуется подогрев, наполнитель 17 сильфонного элемента 16 уменьшается в объеме настолько, что стержень 8 может быть перемещен от клапанного седла 5. Такое перемещение вызвано действием открывающей пружины 14. В данном случае открывающая пружина 14 должна превзойти усилие пружины 25 избыточного давления. Однако, поскольку это только вопрос балансирования двух пружин 14, 25, то такое решение возможно.
Если в закрытом положении клапана 1, показанном на фиг.1, температура окружающей среды повышается и увеличивается объем наполнителя 17, то стержень 8 может без проблем перемещаться дальше в отверстие, окруженное клапанным седлом 5. В данном случае стержень 8 выступает еще дальше из клапанного элемента 7, что возможно, поскольку стержень 8 может сдвигаться через клапанный элемент 7. Таким образом, уменьшен риск повреждений, вызываемых избыточным давлением.
На фиг.2 показан другой вариант изобретения, в котором одинаковые элементы имеют одинаковые номера позиций, как и на фиг.1.
В варианте выполнения, показанном на фиг.2, клапанный элемент 7 реализован посредством О-образного кольца 26, которое расположено в канавке 27 на окружности стержня 8. Таким образом, О-образное кольцо 26 закреплено на стержне 8 в направлении перемещения стержня 8.
Клапанное седло 5 образовано на передней поверхности стенки 28, причем указанная стенка 28 окружает канал 29 в окружном направлении. Передняя поверхность, образующая клапанное седло 5, выполнена, в данном варианте изобретения, с конической формой, то есть отверстие канала 29 расширяется в направлении к сильфонному элементу 16.
Сам канал 29 образован внутри пластиковой вставки 30, которая расположена в корпусе 2 клапана. Канал 29 связан с входным отверстием 3 посредством отверстия 31, выполненного в стенке 28 канала 29. Клапанное седло 5 открывается в камере 32 переполнения, которая связана с выходным отверстием 4.
В ситуации, показанной на фиг.2, клапанный элемент 7 расположен на удалении от клапанного седла 5 таким образом, чтобы была создана возможность потока текучей среды через клапан 1. Перемещение клапанного элемента 7 от клапанного седла 5 происходит благодаря открывающей пружине 14, расположенной внутри канала 29.
Стенка 28, или по меньшей мере внутренняя часть стенки 28, проходит параллельно направлению движения стержня 8. Канал 29 предпочтительно имеет форму цилиндра.
Если температура окружающей среды повышается и объем наполнителя 17 увеличивается, стержень 8 перемещается таким образом, что клапанный элемент подходит ближе к клапанному седлу 5 и, наконец, входит в контакт с клапанным седлом 5. В такой ситуации клапан 1 полностью закрыт.
Однако, как описано выше в связи с вариантом изобретения, показанным на фиг.1, дальнейшее повышение температуры окружающей среды приводит к еще большему увеличению объема наполнителя 17. Возникает необходимость того, чтобы стержень 8 был выполнен с возможностью еще большего перемещения. Такое перемещение возможно. В этом случае О-образное кольцо 26, образующее клапанный элемент 7, отжимается дальше за клапанное седло 5, остающееся в герметичном контакте с внутренней частью стенки 28, которая все еще закрывает полностью клапан 1. О-образное кольцо 26 может без проблем перемещаться внутри канала 29, поскольку стенка 28, ограничивающая канал 29 в окружном направлении, проходит параллельно направлению перемещения.
Коническая форма клапанного седла 5 облегчает вставку О-образного кольца 26 в канал 29. Если О-образное кольцо 26 вставлено в канал 29, оно слегка сжато в радиальном направлении. Такое сжатие создает усилие между О-образным кольцом 26 и стенкой 28, достаточное для того, чтобы гарантировать герметизацию, то есть закрытое состояние клапана 1.
На фиг.3 показан вариант изобретения, аналогичный варианту изобретения, показанному на фиг.2. Для одинаковых элементов использованы одинаковые номера позиций.
По сравнению с вариантом изобретения, показанным на фиг.2, клапанное седло 5 и связанный с ним клапанный элемент 7 имеют больший диаметр, который в некоторых случаях желателен для обеспечения возможности большего потока текучей среды. В этом варианте изобретения О-образное кольцо 26 также выполнено с возможностью вставки в канал 28.
Канал 28 содержит направляющую секцию 33 с уменьшенным диаметром. Стержень 8 содержит удлиненную часть 34, выполненную с возможностью вставки в направляющую секцию 33. Удлиненная часть 34 имеет такое же сечение, что и направляющая секция 33. Таким образом, удлиненная часть 34 и, следовательно, стержень 8 направляются при перемещении стержня 8 направляющей секцией 33.