IT201900002455A1

IT201900002455A1 - Sistema idraulico per un impianto di riscaldamento e di generazione di acqua calda sanitaria.

Info

Publication number: IT201900002455A1
Application number: IT102019000002455A
Authority: IT
Inventors: Luca Magnone; Luigi Aita
Original assignee: Elbi Int Spa
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2020-08-20
Also published as: KR20200102367A; EP3702682B1; EP3702682A1; US20200263880A1; CN111594634A

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo: “Sistema idraulico per un impianto di riscaldamento e di generazione di acqua calda sanitaria”

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda in generale i sistemi idraulici che sono previsti per smistare i flussi d’acqua fra circuiti differenti negli impianti di riscaldamento e di generazione di acqua calda sanitaria.

È noto che negli impianti suddetti sono utilizzate valvole a tre vie motorizzate che servono per l’indirizzamento selettivo dell’acqua a vari scambiatori di calore attraverso differenti circuiti idraulici.

Sono state recentemente proposte nuove soluzioni che prevedono l’uso di valvole a tre vie senza motore, che commutano fra diverse posizioni in funzione della pressione prodotta dalla pompa di circolazione.

Uno scopo della presente invenzione è quello di rendere disponibile un sistema idraulico di deviazione di un flusso d’acqua da uno scambiatore primario a uno scambiatore secondario o a un circuito di riscaldamento che operi senza motore, e che quindi non richieda energia elettrica per il suo azionamento ma sia azionato solo dall’energia idraulica del flusso d’acqua, che sia di funzionamento semplice e affidabile.

Questo ed altri scopi vengono realizzati secondo l’invenzione con un sistema idraulico per un impianto di riscaldamento e di generazione di acqua calda sanitaria, il quale impianto di riscaldamento comprende uno scambiatore di calore primario per riscaldare un flusso di acqua utilizzabile in un circuito idraulico di riscaldamento, uno scambiatore di calore secondario per trasferire calore da un flusso di acqua proveniente dallo scambiatore di calore primario ad un flusso di acqua sanitaria e una pompa di circolazione per generare il flusso di acqua nello scambiatore di calore primario;

il sistema idraulico comprendendo una valvola a tre vie, detta valvola a tre vie comprendendo una prima porta per il collegamento allo scambiatore di calore primario, una seconda porta e una terza porta, rispettivamente per il collegamento al circuito di riscaldamento e allo scambiatore di calore secondario;

in cui detta valvola a tre vie è commutabile fra almeno due posizioni nelle quali la prima porta è selettivamente in comunicazione di fluido con la seconda porta o con la terza porta;

in cui detta valvola a tre vie comprende un supporto mobile e un organo otturatore portato da detto supporto mobile, almeno uno dei quali è reattivo alla pressione applicata dalla pompa di circolazione in corrispondenza della prima porta, almeno uno di detti supporto mobile e organo otturatore essendo spostabile per effetto di transizioni fra uno stato spento e uno stato acceso della pompa di circolazione;

in cui il sistema idraulico è caratterizzato dal fatto che l’organo otturatore è costituito da un singolo elemento sigillante (o membrana) comprende una coppia di superfici di sigillatura rivolte via l’una dall’altra e atte a impegnare alternativamente rispettive sedi contrapposte della valvola a tre vie, rispettivamente interposte fra la prima porta e la seconda porta, e fra la prima porta e la terza porta.

Secondo la presente invenzione è pertanto possibile indirizzare l’acqua nei differenti circuiti dell’impianto di riscaldamento con un sistema idraulico semplice e affidabile, che opera senza motore e quindi non richiede energia elettrica per il suo azionamento, essendo azionato solo dall’energia idraulica del flusso d’acqua.

Con un tale sistema sono inoltre ridotti i costi della valvola e i costi della parte elettrica/elettronica di controllo della valvola. Sono inoltre migliorate le prestazioni idrauliche e si evitano colpi d’ariete.

Secondo una forma di realizzazione, la valvola a tre vie comprende inoltre mezzi di richiamo associati al supporto mobile, i quali producono una forza elastica per sollecitare il supporto mobile verso una posizione intermedia fra le sedi contrapposte della valvola a tre vie, in cui tale posizione intermedia è associata allo stato spento della pompa di circolazione.

In particolare, quando l’organo otturatore è in impegno contro una di dette sedi contrapposte della valvola a tre vie, detto supporto mobile è spostabile verso detta sede, contro l’azione di detta forza elastica, per effetto di pressione quando la pompa di circolazione passa dallo stato spento allo stato acceso.

Inoltre, detto supporto mobile può essere in grado di trascinare l’organo otturatore da una all’altra di dette sedi contrapposte della valvola a tre vie per effetto di detta forza elastica quando la pompa di circolazione passa dallo stato acceso allo stato spento.

Secondo una specifica forma di realizzazione, il supporto mobile è disposto scorrevole fra le sedi contrapposte della valvola a tre vie e l’organo otturatore è realizzato come un anello conico flessibile disposto attorno al supporto mobile.

In questo caso, quando l’organo otturatore è in impegno contro una di dette sedi contrapposte della valvola a tre vie, detto organo otturatore è in grado di ribaltarsi per effetto di pressione quando la pompa di circolazione passa dallo stato spento allo stato acceso, nonché di trascinare detto supporto mobile verso detta sede contro l’azione di detta forza elastica.

Secondo un’altra specifica forma di realizzazione, il supporto mobile è disposto scorrevole fra le sedi contrapposte della valvola a tre vie e l’organo otturatore è realizzato come un anello disposto attorno al supporto mobile e scorrevole rispetto ad esso.

In questo caso, quando l’organo otturatore è in impegno contro una di dette sedi contrapposte della valvola a tre vie, detto supporto mobile è in grado di spostarsi per effetto di pressione verso detta sede e rispetto all’organo otturatore, contro l’azione di detta forza elastica, quando la pompa di circolazione passa dallo stato spento allo stato acceso.

Secondo un’altra specifica forma di realizzazione, l’organo otturatore è portato da una lamina a S sollecitata assialmente per flettersi alternativamente verso una o l’altra di dette sedi contrapposte della valvola a tre vie, l’organo otturatore essendo realizzato come un’ansa di detta lamina.

In questo caso, l’organo otturatore è in grado di invertire curvatura e impegnare una di dette sedi contrapposte della valvola a tre vie, per effetto di pressione, quando la pompa di circolazione passa dallo stato spento allo stato acceso, e in cui la lamina è in grado di portare l’organo otturatore in una posizione intermedia fra dette sedi contrapposte, per effetto di una forza elastica prodotta dalla lamina, quando la pompa di circolazione passa dallo stato acceso allo stato spento. Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata a puro titolo di esempio non limitativo con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

le figure da 1a a 1c sono rappresentazioni schematiche parziali di differenti forme di realizzazione di un impianto di riscaldamento e di generazione di acqua calda sanitaria;

le figure 2-5 sono viste in sezione di una valvola a tre vie secondo l’invenzione, in quattro differenti fasi di un ciclo operativo;

la figura 6a e 6c-6e sono viste in sezione di una seconda forma di realizzazione della valvola a tre vie, in quattro differenti fasi di un ciclo operativo;

la figura 6b è una vista prospettica di un supporto mobile o navetta della valvola a tre vie delle figure 6a e 6c-6e;

la figura 7 è una vista in sezione di una variante della valvola a tre vie di figura 6a;

la figura 8 è una vista prospettica di un supporto mobile o navetta della valvola a tre vie di figura 7;

le figure 9 e 10 sono viste in sezione di ulteriori varianti della valvola a tre vie di figura 7;

le figure 11 e 12 sono viste in sezione di un’ulteriore variante della valvola a tre vie di figura 7, in due differenti posizioni operative; la figura 13 è una vista in spaccato della valvola a tre vie delle figure 11 e 12;

le figure da 14 a 16 sono viste in sezione di un’ulteriore variante della valvola a tre vie di figura 7, in una posizione non operativa e due differenti posizioni operative;

le figure 17a e 17b sono viste prospettiche semplificate di un’altra forma di realizzazione della valvola a tre vie.

Nella figura 1a dei disegni allegati è schematicamente rappresentata un’apparecchiatura riscaldante B di tipo per sé noto, in particolare una caldaia, la quale comprende un sistema idraulico di deviazione complessivamente indicato con A. Nel seguito si farà per comodità riferimento a una caldaia, ma si intende che l’invenzione può trovare applicazione in una qualsiasi delle apparecchiature riscaldanti normalmente utilizzate negli impianti di riscaldamento e generazione acqua calda sanitaria.

Il sistema A è collegato fra un raccordo di uscita 23 della caldaia e uno scambiatore di calore primario 21 destinato a riscaldare un flusso di acqua per l’utilizzo in un circuito idraulico di riscaldamento comprendente (ad esempio) una conduttura 22 che si estende fra il raccordo d’uscita 23 e un raccordo di ingresso 20 della caldaia, e lungo la quale sono interposti uno o più radiatori 24. La caldaia B comprende inoltre uno scambiatore di calore secondario 25, per trasferire calore da un flusso di acqua proveniente dallo scambiatore primario 21 e fluente in una tubazione 26, ad un flusso di acqua sanitaria fluente in una conduttura 27 che si estende fra due raccordi 28, 29 della caldaia. Il raccordo 28 è destinato ad essere collegato ad una sorgente idrica, ad esempio alla rete idrica di distribuzione, e il raccordo 29 può essere collegato ad un rubinetto 30 di erogazione di acqua sanitaria riscaldata. In alcune realizzazioni la caldaia B non comprende lo scambiatore di calore secondario 25 che è disposto all’esterno della caldaia stessa, ma è collegato allo scambiatore primario 21 e al sistema idraulico A in maniera analoga a quanto rappresentato in figura 1b. Lo schema indicato in figura 1b può anche essere rappresentativo della disposizione degli elementi all’interno di una caldaia.

Nella forma di realizzazione di figura 1a e 1c, il sistema idraulico A comprende una pompa di circolazione 7 e una valvola a tre vie 8 disposte idraulicamente in serie e assemblate in un unico corpo. Secondo differenti forme di realizzazione, la pompa 7 può essere disposta sia a monte che a valle della valvola a tre vie 8 rispetto al flusso del fluido che attraversa la pompa 7. Secondo differenti forme di realizzazione, la pompa 7 può essere disposta e/o sia a monte che a valle dello scambiatore di calore primario 21 rispetto al flusso del fluido che attraversa la pompa 7. Secondo diverse forme di realizzazione il sistema idraulico A non necessariamente integra in un unico corpo la pompa 7 (figura 1b); tale pompa 7 comunque è presente all’interno dell’impianto di riscaldamento.

La valvola a tre vie 8 comprende nella figura 1, una prima porta 2, nell’esempio una porta d’ingresso per il fluido, per il collegamento allo scambiatore di calore primario 21, una seconda porta 3, nell’esempio una porta d’uscita, per il collegamento al circuito di riscaldamento 22, 24 attraverso il raccordo 23, e una terza porta 4, nell’esempio una seconda porta d’uscita, per il collegamento allo scambiatore di calore secondario 25.

Con riferimento alla figura 1b, è rappresentata un’altra forma di realizzazione dell’impianto di riscaldamento e acqua calda sanitaria, nella quale non è prevista una caldaia come unità a sé stante che racchiude i singoli componenti sopra descritti. Nella forma di realizzazione rappresentata in figura 1b, a elementi corrispondenti alla forma di realizzazione precedente sono stati assegnati gli stessi riferimenti numerici. Come si può vedere in figura 1b, la pompa di circolazione 7 è disposta sul lato di ingresso dello scambiatore primario 21. In generale, lo scambiatore primario 21 può essere ad esempio associato in maniera del tutto convenzionale a un bruciatore a gas, a legna, a pellet, a una pompa di calore, a una cella solare a un circuito di teleriscaldamento cittadino.

Con riferimento alla figura 1c, è rappresentata un’altra forma di realizzazione dell’impianto di riscaldamento e acqua calda sanitaria, nella quale il sistema idraulico A è disposto sul ramo di ingresso della caldaia B. Nella forma di realizzazione rappresentata in figura 1c, a elementi corrispondenti alla forma di realizzazione di figura 1a sono stati assegnati gli stessi riferimenti numerici. In questo caso l’ordine di disposizione di pompa di circolazione e valvola a tre vie è invertito rispetto a quanto rappresentato in figura 1a, e la valvola a tre vie avrebbe due ingressi (seconda e terza porta) e un’uscita (prima porta), con la pompa di circolazione disposta in serie con l’uscita della valvola a tre vie.

Si descrivono ora la struttura e il funzionamento di differenti forme di realizzazione della valvola a tre vie 8.

La valvola a tre vie 8 è commutabile fra almeno due posizioni nelle quali la prima porta 2 è selettivamente in comunicazione di fluido con la seconda porta 3 o con la terza porta 4, in modo da indirizzare l’acqua passante per lo scambiatore primario 21 al circuito di riscaldamento 22, 24 o allo scambiatore secondario 25 per il riscaldamento dell’acqua sanitaria.

La valvola a tre vie 8 è del tipo senza motore, ed è reattiva alla pressione applicata dalla pompa di circolazione 7 in corrispondenza della prima porta 2 (porta d’ingresso nell’esempio di figura 1a o 1b, o porta d’uscita nell’esempio di figura 1c), come verrà chiarito nel seguito.

A tal proposito, si fa riferimento a una prima forma di realizzazione della valvola a tre vie, rappresentata nelle figure da 2 a 5.

Tale valvola a tre vie 8 comprende un corpo valvola 81, nel quale sono ricavate la prima porta (porta d’ingresso) 2, la seconda porta (prima porta d’uscita) 3 e la terza porta (seconda porta d’uscita) 4, le quali sono tutte collegate a una camera di commutazione 82 ricavata nel corpo valvola 81.

All’interno della camera di commutazione 82 è disposto un organo otturatore 83 che assume la forma di un anello conico flessibile, il quale è a sua volta portato da un supporto mobile 84 realizzato come una navetta scorrevole all’interno del corpo valvola 81. L’organo otturatore 83 è realizzato con un disco di materiale flessibile (ad esempio gomma) con un foro al centro, che per effetto della differenza di diametro tra il foro del disco e l’albero di diametro maggiore del supporto mobile 84 su cui è montato, assume la forma ad anello conico flessibile che si vede in figura 2. La direzione di traslazione del supporto mobile è rappresentata dalla freccia x in figura 2. L’organo otturatore 83 presenta una prima e una seconda superficie di sigillatura 83b e 83c rivolte via l’una dall’altra (ovvero rivolte in versi opposti e divergenti), rispetto alla direzione di traslazione x del supporto mobile 84. L’organo otturatore 83 è montato in una gola 84a ricavata nel supporto mobile 84, in modo tale che l’organo otturatore 83 sia solidale in traslazione con il supporto mobile 84. La configurazione della gola 84a è tale da permettere il ribaltamento dell’organo otturatore 83 (rotazione sul punto di contatto con il supporto mobile 84), cioè l’inversione del verso della conicità rispetto alla direzione di traslazione x del supporto mobile 84, come verrà chiarito nel seguito.

Ad estremità opposte, il supporto mobile 84 è fissato ad aste guidate 84b e 84c, le quali sono inserite in corrispondenti fori di guida 81b e 81c ricavati nel corpo valvola 81.

Fra le estremità del supporto mobile 84 e rispettive controparti del corpo valvola 81 sono interposti rispettivi mezzi elastici contrapposti 85b e 85c che sollecitano il supporto mobile 84 verso una posizione intermedia o posizione di equilibrio rappresentata nelle figure 2 e 4 che si realizza quando nelle porte 2, 3 e 4 vige la stessa pressione (ovvero pompa di circolazione 7 spenta). Nell’esempio illustrato i mezzi elastici 85b e 85c sono realizzati come molle elicoidali disposte coassialmente rispettivamente all’asta di guida 84b e all’asta di guida 84c.

All’interno della camera di commutazione 82 sono inoltre ricavate una prima e una seconda sede valvolare 81d e 81e contrapposte, rispettivamente interposte fra la prima porta 2 e la seconda porta 3, e fra la prima porta 2 e la terza porta 4. Le sedi valvolari 81d e 81e sono atte a essere impegnate alternativamente dalla prima superficie di sigillatura 83b e, rispettivamente, dalla seconda superficie di sigillatura 83c dell’organo otturatore 83. La prima porta 2 è orientata ortogonalmente all’asse che congiunge le sedi valvolari 81d e 81e.

Nella figura 2, la valvola a tre vie 8 è rappresentata in una posizione di riposo, con la pompa di circolazione 7 in uno stato spento. Il supporto mobile 84 è nella posizione intermedia o posizione di riposo, con la prima superficie di sigillatura 83b dell’organo otturatore 83 in impegno contro la prima sede 81d. Pertanto, la prima porta 2 è in comunicazione di fluido con la terza porta 4, mentre la comunicazione di fluido fra la prima porta 2 e la seconda porta 3 è interrotta. Poiché la pompa di circolazione 7 è spenta, la pressione P1 dell’acqua in corrispondenza della seconda porta 3 associata al circuito di riscaldamento 22, 24 è uguale alla pressione P2 dell’acqua in corrispondenza della terza porta 4 associata al circuito dello scambiatore di calore secondario 25, pari alla pressione sulla prima porta 2.

In figura 3 è rappresentata la successiva fase operativa, quando si accende la pompa di circolazione 7. La pressione prodotta dalla pompa di circolazione 7 in corrispondenza della prima porta 2 agisce sulla superficie esposta dell’organo otturatore 83, ovvero sulla seconda superficie di sigillatura 83c e, poiché la prima superficie di sigillatura 83b è in appoggio contro la prima sede 81d, provoca il ribaltamento dell’organo otturatore 83 e la chiusura a tenuta della prima sede 81d. Il ribaltamento dell’organo otturatore 83 trascina il supporto mobile 84 verso la prima sede 81d, contro l’azione della molla 85b che si comprime, e della molla 85c che si estende. Poiché la pompa di circolazione 7 è accesa, la pressione P2 dell’acqua in corrispondenza della terza porta 4 associata al circuito dello scambiatore di calore secondario 25 è maggiore della pressione P1 dell’acqua in corrispondenza della seconda porta 3 associata al circuito di riscaldamento 22, 24. Le frecce H in figura 3 rappresentano il percorso dell’acqua nella valvola a tre vie 8, mentre la freccia R rappresenta il ribaltamento dell’organo otturatore 83 dalla posizione indicata con il tratteggio. Il sistema può funzionare anche con la prima superficie di sigillatura 83b dell’organo otturatore 83 quasi in impegno contro la prima sede 81d (considerando lo stato indicato in figura 2), ovvero con la prima superficie di sigillatura 83b dell’organo otturatore 83 in prossimità della prima sede 81d con supporto mobile 84 nella posizione intermedia. L’accensione della pompa di circolazione 7 infatti tenderà in una prima fase ad accostare l’organo otturatore 83 alla prima sede 81d, portando il sistema a ripercorrere gli stati sopra descritti.

In figura 4 è rappresentata la terza fase operativa, quando si spegne nuovamente la pompa di circolazione 7. Arrestando la pompa si annulla la differenza di pressione fra i due circuiti, e pertanto il supporto mobile 84 si riporta nella posizione di equilibrio a causa della forza di richiamo esercitata dalle molle 85b e 85c. Il supporto mobile 84 trascina con sé l’organo otturatore 83, portandone la seconda superficie di sigillatura 83c in impegno contro la seconda sede 81e. L’organo otturatore 83, avendo invertito la propria conicità nella fase operativa precedente, interrompe quindi la comunicazione di fluido fra la prima porta 2 e la terza porta 4, ovvero interrompe il circuito dello scambiatore secondario 25. Si stabilisce invece una comunicazione di fluido fra la prima porta 2 e la seconda porta 3. Poiché la pompa di circolazione 7 è spenta, la pressione P1 dell’acqua in corrispondenza della seconda porta 3 associata al circuito di riscaldamento 22, 24 è uguale alla pressione P2 dell’acqua in corrispondenza della terza porta 4 associata al circuito dello scambiatore di calore secondario 25.

In figura 5 è rappresentata la quarta fase operativa, quando si accende nuovamente la pompa di circolazione 7. La pressione prodotta dalla pompa di circolazione 7 in corrispondenza della prima porta 2 agisce sulla superficie esposta dell’organo otturatore 83, ovvero sulla prima superficie di sigillatura 83b e, poiché la seconda superficie di sigillatura 83c è in appoggio contro la seconda sede 81e, provoca il ribaltamento dell’organo otturatore 83 e la chiusura a tenuta della seconda sede 81e. Il ribaltamento dell’organo otturatore 83 trascina il supporto mobile 84 verso la seconda sede 81e, contro l’azione della molla 85c che si comprime, e della molla 85b che si estende. Poiché la pompa di circolazione 7 è accesa, la pressione P1 dell’acqua in corrispondenza della seconda porta 3 associata al circuito di riscaldamento 22, 24 è maggiore della pressione P2 dell’acqua in corrispondenza della terza porta 4 associata al circuito dello scambiatore di calore secondario 25. Le frecce H in figura 5 rappresentano il percorso dell’acqua nella valvola a tre vie 8, mentre la freccia R rappresenta il ribaltamento dell’organo otturatore 83 dalla posizione indicata con il tratteggio.

Se si arresta poi la pompa di circolazione 7, si annulla la differenza di pressione fra i due circuiti, e pertanto il supporto mobile 84 si riporta nella posizione di equilibrio a causa della forza di richiamo esercitata dalle molle 85b e 85c, e trascina con sé l’organo otturatore 83, riportando la valvola a tre vie 8 nella posizione della figura 2.

La valvola sopra descritta funziona pertanto in maniera ciclica, aprendo e chiudendo alternativamente il circuito di riscaldamento 22, 24 e il circuito dello scambiatore di calore secondario 25.

L’accensione e lo spegnimento della pompa di circolazione sono comandati da un’unità di controllo (non illustrata) della caldaia B, in funzione delle richieste dell’utenza. Sensori, ad esempio sensori di pressione, di temperatura, o di portata, sono di norma rispettivamente associati al circuito di riscaldamento 22, 24 e al circuito dello scambiatore di calore secondario 25 per rilevare lo stato di funzionamento dei due circuiti. Tramite tali sensori l’unità di controllo della caldaia B è pertanto in grado di determinare se lo stato di commutazione della valvola a tre vie 8 è effettivamente corrispondente a quanto richiesto dall’utenza e, nel caso non lo sia, attivare un’ulteriore accensione e successivo spegnimento della pompa di circolazione 7 per provocare un’ulteriore commutazione della valvola a tre vie. Ciò è ottenibile in tempi brevi, comunque in linea con i tempi di commutazione delle valvole motorizzate convenzionali.

Si fa ora riferimento a una seconda forma di realizzazione della valvola a tre vie, rappresentata nelle figure 6a-6e.

Tale valvola a tre vie 8 comprende un corpo valvola 181, nel quale sono ricavate la prima porta (porta d’ingresso) 2, la seconda porta (prima porta d’uscita) 3 e la terza porta (seconda porta d’uscita) 4, le quali sono tutte collegate a una camera di commutazione 182 ricavata nel corpo valvola 181.

All’interno della camera di commutazione 182 è disposto un organo otturatore 183 realizzato come un anello scorrevole, il quale è a sua volta portato da un supporto mobile 184 realizzato come una navetta scorrevole all’interno del corpo valvola 181. La direzione di traslazione del supporto mobile è rappresentata dalla freccia x1 in figura 6a, mentre la direzione di traslazione dell’organo otturatore 183 è rappresentata dalla freccia x2. L’organo otturatore 183 presenta una prima e una seconda superficie di sigillatura 183b e 183c rivolte via l’una dall’altra (ovvero rivolte in versi opposti e divergenti), rispetto alle direzioni di traslazione x1 e x2 del supporto mobile 184 e dell’organo otturatore 183. L’organo otturatore 183 è montato attorno a una superficie di scorrimento cilindrica 184a ricavata in una parte mediana del supporto mobile 184, in modo tale che l’organo otturatore 183 sia in grado di scorrere rispetto al supporto mobile 184. In corrispondenza delle sue opposte estremità, nel seguito indicate come prima e seconda estremità 184b e 184c, il supporto mobile 184 presenta canali di passaggio fluido 184d, che costituiscono delle rientranze rispetto al profilo circolare della sezione trasversale del supporto mobile 184.

Fra le estremità 184b, 184c del supporto mobile 184 e rispettive controparti del corpo valvola 181 sono interposti rispettivi mezzi elastici contrapposti 185b e 185c che sollecitano il supporto mobile 84 verso una posizione intermedia o posizione di equilibrio rappresentata in figura 6a. Nell’esempio illustrato i mezzi elastici 185b e 185c sono realizzati come molle elicoidali.

All’interno della camera di commutazione 182 sono inoltre ricavate una prima e una seconda sede valvolare 181d e 181e contrapposte, rispettivamente interposte fra la prima porta 2 e la seconda porta 3, e fra la prima porta 2 e la terza porta 4. Le sedi valvolari 181d e 181e sono atte a essere impegnate alternativamente dalla prima superficie di sigillatura 183b e, rispettivamente, dalla seconda superficie di sigillatura 183c dell’organo otturatore 183. La prima porta 2 è orientata ortogonalmente all’asse che congiunge le sedi valvolari 181d e 181e.

La valvola delle figure 6a-6e ha un funzionamento ciclico analogo a quello della valvola delle figure 2-5.

In una posizione di riposo, con la pompa di circolazione 7 in uno stato spento, il supporto mobile 184 è nella posizione intermedia o posizione di riposo, con la prima superficie di sigillatura 183b dell’organo otturatore 183 in impegno contro la prima sede 181d (figura 6a). Pertanto, la prima porta 2 è in comunicazione di fluido con la terza porta 4, mentre la comunicazione di fluido fra la prima porta 2 e la seconda porta 3 è interrotta. Poiché la pompa di circolazione 7 è spenta, la pressione P1 dell’acqua in corrispondenza della seconda porta 3 associata al circuito di riscaldamento 22, 24 è uguale alla pressione P2 dell’acqua in corrispondenza della terza porta 4 associata al circuito dello scambiatore di calore secondario 25.

Quando si accende la pompa di circolazione 7, la pressione prodotta dalla pompa di circolazione 7 in corrispondenza della prima porta 2 agisce sulla superficie esposta del supporto mobile 184, ovvero sulla seconda estremità 184c del supporto mobile 184 e, poiché la prima superficie di sigillatura 183b dell’organo otturatore 183 è in appoggio contro la prima sede 181d, provoca lo scorrimento del supporto mobile 184 rispetto all’organo otturatore 183 verso la prima sede 181d (contro l’azione della molla 185b che si comprime, e della molla 185c che si estende), e la chiusura a tenuta della prima sede 181d da parte dell’organo otturatore (figura 6c). Poiché la pompa di circolazione 7 è accesa, la pressione P2 dell’acqua in corrispondenza della terza porta 4 associata al circuito dello scambiatore di calore secondario 25 è maggiore della pressione P1 dell’acqua in corrispondenza della seconda porta 3 associata al circuito di riscaldamento 22, 24.

Quando si spegne nuovamente la pompa di circolazione 7 si annulla la differenza di pressione fra i due circuiti, e pertanto il supporto mobile 184 si riporta nella posizione di equilibrio a causa della forza di richiamo esercitata dalle molle 185b e 185c. Il supporto mobile 184 trascina con sé l’organo otturatore 183, portandone la seconda superficie di sigillatura 183c in impegno contro la seconda sede 181e. L’organo otturatore 183 interrompe quindi la comunicazione di fluido fra la prima porta 2 e la terza porta 4, ovvero interrompe il circuito dello scambiatore secondario 25. Si stabilisce invece una comunicazione di fluido fra la prima porta 2 e la seconda porta 3 (figura 6d). Poiché la pompa di circolazione 7 è spenta, la pressione P1 dell’acqua in corrispondenza della seconda porta 3 associata al circuito di riscaldamento 22, 24 è uguale alla pressione P2 dell’acqua in corrispondenza della terza porta 4 associata al circuito dello scambiatore di calore secondario 25.

Quando si accende nuovamente la pompa di circolazione 7, la pressione prodotta dalla pompa di circolazione 7 in corrispondenza della prima porta 2 agisce sulla superficie esposta del supporto mobile 184, ovvero sulla seconda estremità 184b del supporto mobile 184 e dell’organo otturatore 183, ovvero sulla prima superficie di sigillatura 183b e, poiché la seconda superficie di sigillatura 183c è in appoggio contro la seconda sede 181e, provoca la chiusura a tenuta della seconda sede 181e. Inoltre, l’azione della pressione sulla prima estremità 184b del supporto mobile 184 provoca lo spostamento del supporto mobile verso la seconda sede 181e, che scorre rispetto all’organo otturatore 183, contro l’azione della molla 185c che si comprime, e della molla 185b che si estende (figura 6e). Poiché la pompa di circolazione 7 è accesa, la pressione P1 dell’acqua in corrispondenza della seconda porta 3 associata al circuito di riscaldamento 22, 24 è maggiore della pressione P2 dell’acqua in corrispondenza della terza porta 4 associata al circuito dello scambiatore di calore secondario 25.

Se si arresta poi la pompa di circolazione 7, si annulla la differenza di pressione fra i due circuiti, e pertanto il supporto mobile 184 si riporta nella posizione di equilibrio a causa della forza di richiamo esercitata dalle molle 185b e 185c, e trascina con sé l’organo otturatore 183, riportando la valvola a tre vie 8 nella posizione iniziale.

Nelle figure da 7 a 16 sono rappresentate diverse varianti costruttive della valvola delle figure 6a e 6b. Ad elementi corrispondenti a quelli di tale valvola sono stati assegnati gli stessi riferimenti numerici.

Nelle figure 7 e 8 è rappresentata una prima variante, nella quale i canali di passaggio fluido 184d, in corrispondenza delle estremità 184b e 184c del supporto mobile 184, presentano uno sbocco disposto completamente all’interno del profilo circolare della sezione trasversale del supporto mobile 184, il quale quindi non è intersecato da tale sbocco. Si osservi che nella figura 7 l’elemento otturatore 183 non è rappresentato in una reale posizione operativa.

In figura 9 è rappresentata un’altra variante, nella quale i mezzi elastici sono disposti all’interno del supporto mobile 184. A tal fine, il supporto mobile 184 è cavo e si compone di due pezzi 184’ e 184’’ fissati l’uno all’altro. Il supporto mobile 184 è montato in maniera scorrevole su un’asta di guida 184e fissata al corpo valvola 181. I mezzi elastici 185’, in particolare una sola molla elicoidale, sono montati in maniera flottante sull’asta di guida 184e, in modo tale per cui le opposte estremità 185b’ e 185c’ dei mezzi elastici siano in grado di impegnare alternativamente fermi 184f e 184g fissati sull’asta di guida 184e, a seguito di trascinamento dei mezzi elastici 185’ da parte di opposti spallamenti 184h e 184i ricavati all’interno del supporto mobile 184.

Un’altra caratteristica della variante di figura 9 consiste nel fatto che alle opposte estremità della superficie cilindrica di scorrimento 184a del supporto mobile 184 sono ricavati rispettivi arresti 184j e 184k che servono per trasferire una forza assiale all’organo otturatore quando il supporto mobile 184 si sposta dalla posizione intermedia verso una o l’altra delle sedi ed inoltre creano una maggiore pressione sull’organo otturatore 183 in modo tale da diminuire il trafilamento di fluido tra le superfici di sigillatura 183b e 183c dell’organo otturatore e le sedi valvolari 181d e 181e.

La variante di figura 10 è quasi identica a quella di figura 9, ad eccezione del fatto che l’organo otturatore 183 è montato su un supporto otturatore 183a, il quale è posto a contatto con la superficie cilindrica di scorrimento 184a del supporto mobile 184. In questo modo vi è un grado di libertà in più nella progettazione del gruppo supporto mobile/organo otturatore, dal momento che il materiale del supporto otturatore 183a può essere scelto in base alle desiderate caratteristiche di attrito rispetto alla superficie cilindrica di scorrimento 184a, senza che ciò crei dei vincoli riguardo alle caratteristiche di tenuta dell’organo otturatore 183 rispetto alle sedi 181d e 181e.

Nelle figure 11-13 è rappresentata un’altra variante, nella quale i mezzi elastici sono disposti ancora all’interno del supporto mobile 184. A tal fine, il supporto mobile 184 è cavo e si compone di due pezzi terminali 184’, 184’’ fissati a un pezzo intermedio 184’’’. Il supporto mobile 184 è montato in maniera scorrevole su una coppia di opposte aste di guida 184e e 184e’ fissate al corpo valvola 181. I mezzi elastici 185b’ e 185c’, in particolare due molle elicoidali, sono interposti ciascuno fra il pezzo intermedio 184’’’ del supporto mobile 184 e un’estremità di una rispettiva asta di guida 184e e 184e’.

Il pezzo intermedio 184’’’ del supporto mobile 184 porta la superficie cilindrica di scorrimento 184a. Il materiale del pezzo intermedio 184’’’ del supporto mobile 184 può quindi essere scelto in base alle desiderate caratteristiche di attrito con l’organo otturatore 183 o con il supporto otturatore, nel caso questo venga utilizzato nella variante delle figure 11-13.

La variante delle figure 14-16 è sostanzialmente simile a quella delle figure 6a-6b, ma si differenzia da questa per il fatto che il supporto mobile 184 comprende due pezzi 184’ e 184’’ fissati l’uno all’altro. La superficie cilindrica di scorrimento 184a è ricavata su un rivestimento o manicotto 184a’ formato o montato su uno dei due pezzi 184’ e 184’’ del supporto mobile 184. La variante delle figure 14 e 16 presenta inoltre due anelli o guarnizioni 184j’ e 184k’ montati sul supporto mobile 184 in corrispondenza delle opposte estremità della superficie cilindrica di scorrimento 184a. Tali anelli o guarnizioni 184j’ e 184k’ hanno una funzione analoga a quella degli arresti 184j e 184k delle varianti delle figure 9 e 10.

Una terza forma di realizzazione della valvola a tre vie è rappresentata nelle figure 17a e 17b.

Tale valvola a tre vie 8 comprende un corpo valvola 281, nel quale sono ricavate la prima porta (porta d’ingresso) 2, la seconda porta (prima porta d’uscita) 3 e la terza porta (seconda porta d’uscita) 4, le quali sono tutte collegate a una camera di commutazione 282 ricavata nel corpo valvola 281. Seconda e terza porta 3, 4 sono allineate fra loro, mentre la prima porta 2 è orientata ortogonalmente all’asse che congiunge la seconda e la terza porta.

All’interno della camera di commutazione 282 è disposta una lamina a S 284 che, come verrà chiarito nel seguito, è funzionalmente equivalente ai supposti mobili 84 e 184 delle forme di realizzazione precedenti. La lamina a S 284 presenta tale andamento perché sollecitata assialmente fra opposte estremità della camera di commutazione 282, disposte ortogonalmente rispetto alla direzione dell’asse che collega la seconda e la terza porta 3 e 4. Un’ansa 283 della lamina a S forma un organo otturatore analogo agli organi otturatori 83 e 183 delle forme di realizzazione precedenti. La lamina a S 284 e la sua ansa 283 sono in grado di flettersi alternativamente verso l’una o l’altra di dette seconda e terza porta 3 e 4. Sull’ansa 283 della lamina a S 284 si possono identificare una prima e una seconda superfice di sigillatura 283b e 283c rivolte via l’una dall’altra (ovvero rivolte in versi opposti e divergenti).

All’interno della camera di commutazione 282 sono inoltre ricavate una prima e una seconda sede valvolare 281d e 281e contrapposte, rispettivamente interposte fra la prima porta 2 e la seconda porta 3, e fra la prima porta 2 e la terza porta 4. Le sedi valvolari 281d e 281e sono atte a essere impegnate alternativamente dalla prima superficie di sigillatura 283b e, rispettivamente, dalla seconda superficie di sigillatura 283c dell’organo otturatore/ansa 283.

L’organo otturatore/ansa 283 è in grado di invertire curvatura e impegnare una delle sedi contrapposte 281d e 281e della valvola a tre vie 3, per effetto di pressione, quando la pompa di circolazione passa dallo stato spento allo stato acceso successivo passando per terzi stati intermedi (tra loro simmetrici) in cui, con una data curvatura dettata dalla configurazione di pompa accesa, con il successivo spegnimento della pompa, la lamina si adagia sulla sede valvolare opposta (non indicata). Alla riaccensione successiva per effetto dell’incremento di pressione sulla parte convessa della lamina, si ha un’inversione di curvatura (cambio di concavità della lamina) con l’otturatore/ansa che si adagia sulla sede valvolare opposta. In altri termini, dal canto suo, la lamina 284 è in grado di portare l’organo otturatore 283 in una posizione intermedia fra le sedi contrapposte 281d e 281e, per effetto della forza elastica prodotta dalla lamina stessa, quando la pompa di circolazione passa dallo stato acceso allo stato spento.

La valvola sopra descritta funziona pertanto in maniera ciclica analogamente alle forme di realizzazione precedenti, aprendo e chiudendo alternativamente il circuito di riscaldamento 22, 24 e il circuito dello scambiatore di calore secondario 25. Nelle figure 17a e 17b è rappresentato un solo stato di funzionamento con pompa accesa e passaggio di fluido dalla porta 2 alla porta 4.

Si intende che gli elementi descritti in relazione solo ad alcune forme di realizzazione o varianti sono combinabili, ove compatibili, con elementi descritti in relazione ad altre forme di realizzazione o varianti.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema idraulico (A) per un impianto di riscaldamento e di generazione di acqua calda sanitaria, il quale impianto di riscaldamento comprende uno scambiatore di calore primario (21) per riscaldare un flusso di acqua utilizzabile in un circuito idraulico di riscaldamento (22, 24), uno scambiatore di calore secondario (25) per trasferire calore da un flusso di acqua proveniente dallo scambiatore di calore primario (21) ad un flusso di acqua sanitaria e una pompa di circolazione (7) per generare il flusso di acqua nello scambiatore di calore primario (21); il sistema idraulico (A) comprendendo una valvola a tre vie (8), detta valvola a tre vie comprendendo una prima porta (2) per il collegamento allo scambiatore di calore primario (21), una seconda porta (3) e una terza porta (4), rispettivamente per il collegamento al circuito di riscaldamento (22, 24) e allo scambiatore di calore secondario (25); in cui detta valvola a tre vie (8) è commutabile fra almeno due posizioni nelle quali la prima porta (2) è selettivamente in comunicazione di fluido con la seconda porta (3) o con la terza porta (4); in cui detta valvola a tre vie comprende un supporto mobile (84; 184; 284) e un organo otturatore (83; 183; 283) portato da detto supporto mobile, almeno uno dei quali è reattivo alla pressione applicata dalla pompa di circolazione (7) in corrispondenza della prima porta (2), almeno uno di detti supporto mobile e organo otturatore essendo spostabile per effetto di transizioni fra uno stato spento e uno stato acceso della pompa di circolazione (7); in cui il sistema idraulico (A) è caratterizzato dal fatto che l’organo otturatore (83; 183; 283) comprende una coppia di superfici di sigillatura (83b, 83c; 183b, 183c; 283b, 283c) rivolte via l’una dall’altra e atte a impegnare alternativamente rispettive sedi contrapposte (81d, 81e; 181d, 181e; 281d, 281e) della valvola a tre vie (8), rispettivamente interposte fra la prima porta (2) e la seconda porta (3), e fra la prima porta (2) e la terza porta (4).
2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui la valvola a tre vie (8) comprende inoltre mezzi di richiamo (85b, 85c; 185b, 185c; 185’; 185b’, 185c’; 284) associati al supporto mobile (84; 184; 284), i quali producono una forza elastica per sollecitare il supporto mobile (84; 184; 284) verso una posizione intermedia fra le sedi contrapposte (81d, 81e; 181d, 181e; 281d, 281e) della valvola a tre vie, in cui tale posizione intermedia è associata allo stato spento della pompa di circolazione (7).
3. Sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui, quando l’organo otturatore (83; 183; 283) è in impegno contro una di dette sedi contrapposte (81d, 81e; 181d, 181e; 281d, 281e) della valvola a tre vie (8), detto supporto mobile è spostabile verso detta sede, contro l’azione di detta forza elastica, per effetto di pressione quando la pompa di circolazione (7) passa dallo stato spento allo stato acceso.
4. Sistema secondo la rivendicazione 3, in cui detto supporto mobile è in grado di trascinare l’organo otturatore (83; 183) da una all’altra di dette sedi contrapposte (81d, 81e; 181d, 181e) della valvola a tre vie (8) per effetto di detta forza elastica quando la pompa di circolazione (7) passa dallo stato acceso allo stato spento.
5. Sistema secondo la rivendicazione 4, in cui il supporto mobile (84) è disposto scorrevole fra le sedi contrapposte (81d, 81e) della valvola a tre vie (8) e l’organo otturatore (83) è realizzato come un anello conico flessibile disposto attorno al supporto mobile (84).
6. Sistema secondo la rivendicazione 5, in cui, quando l’organo otturatore (83) è in impegno contro una di dette sedi contrapposte (81d, 81e) della valvola a tre vie (8), detto organo otturatore è in grado di ribaltarsi per effetto di pressione quando la pompa di circolazione (7) passa dallo stato spento allo stato acceso, nonché di trascinare detto supporto mobile verso detta sede contro l’azione di detta forza elastica.
7. Sistema secondo la rivendicazione 4, in cui il supporto mobile (184) è disposto scorrevole fra le sedi contrapposte (181d, 181e) della valvola a tre vie (8) e l’organo otturatore (183) è realizzato come un anello disposto attorno al supporto mobile (184) e scorrevole rispetto ad esso.
8. Sistema secondo la rivendicazione 7, in cui, quando l’organo otturatore (183) è in impegno contro una di dette sedi contrapposte (181d, 181e) della valvola a tre vie (8), detto supporto mobile è in grado di spostarsi per effetto di pressione verso detta sede e rispetto all’organo otturatore (184), contro l’azione di detta forza elastica, quando la pompa di circolazione (7) passa dallo stato spento allo stato acceso.
9. Sistema secondo la rivendicazione 3, in cui l’organo otturatore (283) è portato da una lamina a S (284) sollecitata assialmente per flettersi alternativamente verso una o l’altra di dette sedi contrapposte (281d, 281e) della valvola a tre vie (8), l’organo otturatore (283) essendo realizzato come un’ansa di detta lamina a S.
10. Sistema secondo la rivendicazione 9, in cui l’organo otturatore (283) è in grado di invertire curvatura e impegnare una di dette sedi contrapposte (281d, 281e) della valvola a tre vie (8), per effetto di pressione, quando la pompa di circolazione (7) passa dallo stato spento allo stato acceso, e in cui la lamina a S (284) è in grado di portare l’organo otturatore (283) in una posizione intermedia fra dette sedi contrapposte, per effetto di una forza elastica prodotta dalla lamina, quando la pompa di circolazione (7) passa dallo stato acceso allo stato spento.
11. Sistema secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta valvola a tre vie (8) e detta pompa di circolazione (7) sono assemblate in un unico corpo.