ES1271974U

ES1271974U - Electroválvula proporcional para hidrógeno

Info

Publication number: ES1271974U
Application number: ES202131091U
Authority: ES
Inventors: Borràs Jose Galve; Quirós Francisco Javier Fernandez
Original assignee: Bitron Industrie Espana SA
Current assignee: Bitron Industrie Espana SA
Priority date: 2021-05-27
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2021-06-29
Anticipated expiration: 2031-05-27
Also published as: DE202022102244U1; ES1271974Y

Abstract

Electroválvula proporcional para hidrógeno, estando prevista para regular el paso de un caudal de un flujo de hidrógeno, que comprende un núcleo fijo y un núcleo móvil desplazable axialmente a través de un agujero con relación a dicho núcleo fijo por la acción de una fuerza de un campo magnético generada por una bobina, en el que se proporcionan unos medios elásticos de retorno primarios vinculados al núcleo móvil y unos medios elásticos secundarios vinculados con medios de obturación previstas para permitir el paso de flujo a través de puertos de entrada y salida, caracterizada por el hecho de que los medios de obturación están ubicados en una corredera que se desplaza por acción del desplazamiento del núcleo móvil, siendo el extremo de la corredera una terminación troncocónica que es complementaria en forma con la pared interior de un orificio que corresponde con el puerto de salida, tal que en una condición cerrada, la terminación troncocónica encaja con la forma complementaria del orificio, estando los medios de obturación haciendo tope con la parte superior del orificio, y en el que comprende una cámara de compensación que se encuentra ubicada entre el núcleo móvil y la corredera, que está en comunicación fluida con una zona donde están los puertos de entrada y salida del flujo a través de un pasaje presente en la corredera, teniendo el núcleo móvil unos medios de cierre que actúan sobre el pasaje.

Description

DESCRIPCIÓN

Electroválvula proporcional para hidrógeno

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente solicitud tiene por objeto el registro de una electroválvula proporcional para hidrógeno para motores alimentados por hidrógeno destinados para la propulsión de un vehículo.

Más concretamente, la invención propone el desarrollo de una electroválvula proporcional para hidrógeno prevista para soportar grandes presiones de trabajo sin tener que sobredimensionar el cuerpo de la electroválvula y con medios que facilitan el desplazamiento de los elementos que intervienen en la acción de cierre y apertura para permitir el paso de un flujo de hidrógeno.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En el sector de la automoción, son bien conocidas en el mercado las electroválvulas del tipo proporcional previstas para regular la presión y caudal de un fluido, que comprenden esencialmente un núcleo fijo y un núcleo móvil desplazable axialmente con relación a dicho núcleo fijo por la acción de una fuerza de un campo magnético generada por la corriente eléctrica de una bobina, de modo que permite la comunicación fluida entre puertas de entrada y salida.

Sin embargo, las electroválvulas anteriormente descritas que se emplean, por ejemplo, para el paso de un fluido refrigerante no requieren grandes presiones, por lo que su diseño inicialmente no está previsto para soportar presiones con valores, por ejemplo, de 20 bares, como se requiere en el caso de que el fluido sea hidrógeno. Esto también afecta a los materiales y el diseño de los medios de obturación que no están tampoco ideados para trabajar con este rango de presiones y, por lo tanto, no es adecuado para el paso de hidrógeno.

Además, el solicitante no tiene conocimiento en la actualidad de una invención que disponga de todas las características que se describen en esta memoria.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se ha desarrollado con el fin de proporcionar una electroválvula proporcional que se configura como una novedad dentro del campo de aplicación y resuelve los inconvenientes anteriormente mencionados, aportando, además, otras ventajas adicionales que serán evidentes a partir de la descripción que se acompaña a continuación.

Es por lo tanto un objeto de la presente invención proporcionar una electroválvula proporcional para hidrógeno, estando prevista para regular el paso de un caudal de un flujo gaseoso de hidrógeno, del tipo que comprende un núcleo fijo y un núcleo móvil desplazable axialmente a través de un agujero con relación a dicho núcleo fijo por la acción de una fuerza de un campo magnético generada por la circulación de corriente eléctrica de una bobina, en el que se proporcionan unos medios de retorno elásticos primarios vinculados al núcleo móvil y unos medios elásticos secundarios vinculados con medios de obturación previstas para permitir el paso de flujo a través de puertos de entrada y salida. En particular, la invención se caracteriza por el hecho de que los medios de obturación están ubicados en una corredera que se desplaza por acción del desplazamiento del núcleo móvil, siendo el extremo de la corredera una terminación troncocónica (que proporciona la característica de proporcionalidad) que es complementaria en forma con la pared interior de un orificio que corresponde con el puerto de salida, tal que en una condición cerrada, la terminación troncocónica encaja con la forma complementaria del orificio, estando los medios de obturación haciendo tope con la parte superior del orificio, y en el que comprende una cámara de compensación de presiones que se encuentra ubicada entre el núcleo móvil y la corredera, que está en comunicación fluida con una zona donde están los puertos de entrada y salida del flujo a través de un pasaje presente en la corredera (que proporciona un balance de presiones favorable durante la acción de apertura), teniendo el núcleo móvil unos medios de cierre que actúan sobre el pasaje.

Cabe mencionar que, en la posición cerrada de la electroválvula, gracias la presencia de la cámara de compensación, se crea una presión que aporta una función de cierre de seguridad debido a la presión que ejerce el flujo de hidrógeno sobre la corredera, asegurando que los medios de obturación impiden cualquier paso de fluido entre los puertos de entrada y el puerto de salida.

Gracias a la disposición anterior, permite que la electroválvula trabaje con grandes presiones de trabajo, por ejemplo, con valores de hasta 20 bares, empleando una menor fuerza electromagnética, de modo que reduce la cantidad de material de bobina, por lo que reduce los costes de fabricación y evita el sobredimensionado del cuerpo de la electroválvula. Esta ventaja de presión de trabajo alta y menor fuerza electromagnética es debido a la presencia de la cámara de compensación.

Ventajosamente, la corredera está hecha de material de aluminio o aleación de aluminio, de modo que al emplearse un material ligero asegura una velocidad de actuación rápida durante las acciones de apertura y cierre.

Según otro aspecto de la invención, se incluyen unos medios de regulación que están previstos para regular la carrera de desplazamiento del núcleo móvil. De este modo, es posible conseguir el posicionamiento adecuado del núcleo móvil contrarrestando las tolerancias de fabricaciones entre los distintos componentes que intervienen en el cierre de la comunicación fluida entre los puertos de entrada y salida, por lo que se optimiza el funcionamiento.

Preferentemente, los medios de regulación anteriormente mencionados pueden comprender un tornillo con un cabezal provisto de una región para el acoplamiento de una herramienta de giro, y estando el tramo de vástago roscado con una región de rosca presente en un orificio que atraviesa longitudinalmente el núcleo fijo. Se trata pues de un sistema regular sencillo de fabricar y aplicar para conseguir la posición relativa óptima del núcleo móvil.

Preferentemente, el eje longitudinal del núcleo móvil y la corredera está axialmente alineado con el eje longitudinal del orificio del puerto de salida.

Además, la electroválvula comprende una carcasa exterior sobremoldeada en un núcleo de bobina donde está interiormente alojada la bobina, en el que está montada una tuerca. Esta carcasa sobremoldeada, que está preferentemente hecha de material polimérico, aporta una protección del interior de la válvula a bajas temperaturas, en particular por debajo de 0°C, dotando por ello de un sistema de protección pasiva contra la formación de escarchado.

También se incluye un cuerpo de válvula acoplado a la carcasa exterior, en cuyo interior está alojada la corredera y están situados los puertos de entrada y de salida.

De forma preferible, incluye un tapón de cierre liberable que facilita el acceso al cabezal del tomillo de regulación, al mismo tiempo que está protegido de agentes externos y condiciones ambientales adversas.

Preferentemente, el núcleo móvil y el núcleo fijo están hechos de acero inoxidable ferrítico, de modo que se evita la formación de corrosión dado que el hidrógeno es un gas inerte, ya que en caso contrario la corrosión afectaría de forma negativa al funcionamiento de la electroválvula al generar rozamientos entre componentes, lo que implica una disminución de velocidad de actuación.

La electroválvula proporcional descrito representa, pues, una estructura innovadora de características estructurales y constitutivas desconocidas hasta ahora para el fin a que se destina, razones que unidas a su utilidad práctica, la dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.

Otras características y ventajas de la válvula proporcional objeto de la presente invención resultarán evidentes a partir de la descripción de una realización preferida, pero no exclusiva, que se ilustra a modo de ejemplo no limitativo en los dibujos que se acompañan, en los cuales:

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Figura 1.- Es una vista en perspectiva de una realización de la electroválvula proporcional de acuerdo con la presente invención;

Figura 2.- Es una vista en perspectiva explosiona de la electroválvula de la invención; Figura 3.- Es una vista esquematizada en alzado de la electroválvula proporcional de la invención;

Figura 4.- Es una vista en alzado seccionado con un detalle aumentado de la electroválvula proporcional en una condición eléctricamente desconectada, que corresponde con la posición cerrada; y

Figura 5.- Es una vista en alzado seccionado con un detalle aumentado de la electroválvula proporcional en una condición eléctricamente alimentada, que corresponde con la posición abierta.

DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE

A la vista de las mencionadas figuras y, de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas un ejemplo de realización preferente de la invención, la cual comprende las partes y elementos que se indican y describen en detalle a continuación.

Como puede verse en las distintas figuras adjuntas, una realización de la electroválvula proporcional prevista para regular el paso de un caudal de un flujo de hidrógeno, comprende una carcasa exterior (1), un núcleo fijo (2) y un núcleo móvil (3) desplazable axialmente a través de un agujero con relación a dicho núcleo fijo (1) por la acción de una fuerza de un campo magnético generada por la circulación de corriente eléctrica en una bobina (4) montada en un soporte portabobinas (5) y exteriormente envuelta o protegida por un núcleo bobina (6).

La parte superior del núcleo móvil (3) presenta un rebaje (30) de forma troncocónica invertida que aloja una arandela (7) hecha de material polimérico. Dicha arandela (7) está prevista que haga tope con una terminación inferior (21) del núcleo fijo (2) cuando el núcleo móvil se encuentra en su posición más superior, es decir, en una condición de cierre (figura 3).

Se proporcionan unos medios elásticos de retorno primarios vinculados al núcleo móvil y unos medios elásticos secundarios vinculados con medios de obturación previstas para permitir el paso de flujo a través de puertos de entrada y salida, los cuales se describen con mayor detalle más adelante.

Los medios de obturación están ubicados en una corredera (10) que se desplaza por acción del desplazamiento del núcleo móvil (3), siendo el extremo de la corredera (10) una terminación troncocónica (101) que es complementaria en forma con un tramo de la pared interior de un orificio que corresponde con el puerto de salida (11), tal que en una condición cerrada, la terminación troncocónica (101) encaja con el tramo (111) de forma complementaria del puerto de salida (11), estando los medios de obturación haciendo tope con la parte superior del orificio. En este caso, el puerto de salida (11) consiste en una tobera. Como puede verse los medios de obturación consisten en una junta de estanqueidad (16) hecha de material elastómero.

La corredera (10) consiste en un cuerpo de forma generalmente cilindrica que está hecho de material de aluminio o aleación de aluminio, si bien podría emplearse un material de polímero técnico.

Mencionar que la dirección de entrada de flujo de hidrógeno en los puertos de entrada (12) es perpendicular a la dirección de salida definida por el puerto de salida (11), estando los puertos de entrada (12) distribuidos radialmente por encima del puerto de salida (11).

Adicionalmente, se proporciona una cámara de compensación (13) prevista para compensar las presiones del flujo a fin de favorecer y asistir el desplazamiento del núcleo móvil (3), que se encuentra ubicada entre el núcleo móvil (3) y la corredera (10), que está en comunicación fluida con una zona donde están los puertos de entrada (12) y salida (11) del flujo a través de un pasaje (14) que transcurre longitudinalmente por el interior de la corredera (10).

Cabe destacar que se proporciona un obturador (15), hecho de material de caucho, que se encuentra parcialmente alojado en el núcleo móvil que actúan sobre el pasaje (14).

Los medios de retorno elásticos primarios, los cuales ayudan a regresar a la posición original cuando la válvula es desactivada, consisten en un muelle helicoidal (8) mientras que, los medios elásticos secundarios, previstas para asistir al desplazamiento de la corredera (10), están también constituidos por un muelle helicoidal (9) que está alojado en una cavidad practica en el interior de la corredera (10).

Mencionar que el eje longitudinal del núcleo móvil (3), la corredera (10) y el puerto de salida (11) se encuentran axialmente alineados entre sí.

Adicionalmente, se proporcionan unos medios de regulación que están configurados para regular la carrera de desplazamiento del núcleo móvil (2) a fin de obtener el posicionamiento adecuado o requerido para un funcionamiento óptimo de la electroválvula.

Haciendo ahora referencia a estos medios de regulación comprenden un tornillo (17) con un cabezal superior provisto de una región (170) para el acoplamiento de una herramienta de giro, y estando el tramo de vástago roscado con una región de rosca (22) presente en un orificio que atraviesa longitudinalmente el núcleo fijo.

Una parte de los componentes están ubicados en el interior de la carcasa exterior (1) de material polimérico que está sobremoldeada, teniendo la carcasa exterior (1) superiormente fijada una tuerca (18) provista de un orificio pasante que está en comunicación con el tornillo (17) que forma parte de los medios de regulación. El material polimérico utilizado tiene una alta resistencia a la hidrólisis.

Para tener acceso al tornillo (17) de los medios de regulación, por debajo de la tuerca se proporciona un tapón de cierre (19) liberable.

La parte inferior de la electroválvula comprende un cuerpo válvula (20) que tiene un tramo exterior de rosca, que tiene una forma general cilíndrica interiormente hueca donde están situados los puertos de entrada (12) y de salida (11), así como la corredera (10).

En la figura 4 puede verse la electroválvula proporcional descrita anteriormente en una condición eléctricamente desconectada, que corresponde con la posición cerrada donde no circula el flujo de hidrógeno a través de ésta, de modo que la corredera (10) está en su posición más baja de su carrera de desplazamiento con el resorte elástico (9) en un estado comprimido, tal que la junta de estanqueidad (16) hace tope con el reborde superior del puerto de salida (11).

Por otro lado, en la figura 5 se ha representado la electroválvula proporcional en una condición eléctricamente alimentada, que corresponde con la posición abierta, en el que la bobina (4) está actuando de manera que se desplaza en núcleo móvil hacia arriba, en la cual se permite la comunicación fluida entre los puertos de entrada (12) y salida (11).

En esta memoria las referencias relativas con el posicionamiento, tales como superior e inferior, se tienen en cuenta según la orientación adoptada por la electroválvula en las figuras representadas.

Los detalles, las formas, las dimensiones y demás elementos accesorios, empleados en la fabricación de la electroválvula proporcional de la invención podrán ser convenientemente sustituidos por otros que no se aparten del ámbito definido por las reivindicaciones que se incluyen a continuación.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Electroválvula proporcional para hidrógeno, estando prevista para regular el paso de un caudal de un flujo de hidrógeno, que comprende un núcleo fijo y un núcleo móvil desplazable axialmente a través de un agujero con relación a dicho núcleo fijo por la acción de una fuerza de un campo magnético generada por una bobina, en el que se proporcionan unos medios elásticos de retorno primarios vinculados al núcleo móvil y unos medios elásticos secundarios vinculados con medios de obturación previstas para permitir el paso de flujo a través de puertos de entrada y salida, caracterizada por el hecho de que los medios de obturación están ubicados en una corredera que se desplaza por acción del desplazamiento del núcleo móvil, siendo el extremo de la corredera una terminación troncocónica que es complementaria en forma con la pared interior de un orificio que corresponde con el puerto de salida, tal que en una condición cerrada, la terminación troncocónica encaja con la forma complementaria del orificio, estando los medios de obturación haciendo tope con la parte superior del orificio, y en el que comprende una cámara de compensación que se encuentra ubicada entre el núcleo móvil y la corredera, que está en comunicación fluida con una zona donde están los puertos de entrada y salida del flujo a través de un pasaje presente en la corredera, teniendo el núcleo móvil unos medios de cierre que actúan sobre el pasaje.

2. Electroválvula proporcional según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que la corredera está hecha de material de aluminio o aleación de aluminio.

3. Electroválvula proporcional según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que la corredera está hecha de material de polímero.

4. Electroválvula proporcional según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que incluye unos medios de regulación previstos para regular la carrera de desplazamiento del núcleo móvil.

5. Electroválvula proporcional según la reivindicación 4, caracterizada por el hecho de que los medios de regulación comprenden un tornillo con un cabezal provisto de una región para el acoplamiento de una herramienta de giro, y estando el tramo de vástago roscado con una región de rosca presente en un orificio que atraviesa longitudinalmente el núcleo fijo.

6. Electroválvula proporcional según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que el eje longitudinal del núcleo móvil y la corredera está axialmente alineado con el eje longitudinal del orificio del puerto de salida.

7. Electroválvula proporcional según las reivindicaciones 1 y 4, caracterizada por el hecho de que comprende una carcasa exterior sobremoldeada en un núcleo de bobina donde está interiormente alojada la bobina, en el que está montada una tuerca.

8. Electroválvula proporcional según la reivindicación 7, caracterizada por el hecho de que incluye un cuerpo de válvula acoplado a la carcasa exterior, en cuyo interior está alojada la corredera y están situados los puertos de entrada y de salida.

9. Electroválvula proporcional según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que el núcleo móvil y el núcleo fijo están hechos de acero inoxidable ferrítico.

10. Electroválvula proporcional según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que los medios de cierre consisten en un obturador hecho de material elastómero que está parcialmente alojado de forma fija en un taladro practicado en el núcleo móvil.