ITMI990173A1

ITMI990173A1 - Valavola servocomandata per impianti di condizionamento dell'aria noti come impianti a 4 tubi

Info

Publication number: ITMI990173A1
Application number: IT1999MI000173A
Authority: IT
Inventors: Angelo Serratto
Original assignee: Angelo Serratto
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 2000-07-29
Also published as: EP1024332A2; EP1024332A3; US6352105B1; IT1307654B1

Description

DESCRIZIONE dell’ invenzione industriale da! titolo:

“VALVOLA SERVOCOMANDATA PER IMPIANTI DI CONDIZIONAMENTO DELL’ARIA NOTI COME IMPIANTI A 4 TUBI”

La presente invenzione riguarda una valvola servo comandata per impianti di condizionamento dell’aria con apparecchi terminali costituiti da ventiloconvettori, induttori o simili, con distribuzione contemporanea dell’acqua calda e refrigerata mediante quattro tubi, due per la mandata e due per il ritorno, noti come impianti a “quattro tubi”.

E’ noto che attualmente ciascun apparecchio terminale di questo tipo di impianto è associato a due batterie, percorse l'una da acqua calda e l’altra da acqua refrigerata, ciascuna dotata di una valvola servocomandata per controllare il flusso dell’acqua dalla rispettiva tubazione di mandata. Un dispositivo termostatico, generalmente elettronico rileva la temperatura dell’ambiente in cui è installato l’apparecchio o “unità locale” e comanda in sequenza le due valvole, tramite un movimento rettilineo di un organo di regolazione, come un otturatore. Se la temperatura rilevata tende a salire oltre il valore di taratura, si apre la valvola che controlla la batteria “fredda”; se invece la temperatura tende a scendere, si apre quella che controlla la batteria “calda”. E’ assolutamente necessario che quando una delle due valvole è aperta, l’altra resti chiusa per evitare il funzionamento contemporaneo delle due batterie con conseguente miscelazione dei due flussi di acqua e perdita energetica. Tuttavia, per cause di varia natura, questa sequenza può venire a mancare, sia per un difetto del dispositivo termostatico, sia per difetto di tenuta delle valvole.

E’ noto altresì che, per ragioni di ingombro, negli attuali apparecchi locali la batteria “calda” ha una superficie di scambio termico molto ridotta rispetto a quella “fredda”, per cui l’acqua calda di alimentazione deve avere una temperatura elevata, il che comporta una sensibile dispersione termica dalle tubazioni e non consente l’utilizzo di fonti energetiche alternative quali pompe di calore o collettori solari, con le quali non si possono ottenere temperature particolarmente elevate.

Un primo scopo della presente invenzione è pertanto quello di eliminare una delle due valvole ed una delle due batterie per ciascun apparecchio locale di un impianto di condizionamento a “quattro tubi”, riducendo il costo dell’impianto ed evitando che si abbiano nell’apparecchio flussi contemporanei di liquido a temperature diverse, con notevoli vantaggi economici sia per una certa riduzione nel costo dell’impianto, sia per il risparmio energetico che ne deriva.

Altro scopo della presente invenzione è quello di ottenere una maggiore proporzionalità tra corsa della valvola e flusso di liquido, rispetto a quella ottenibile con le valvole a movimento rettilineo della tecnica nota, nonché l’indipendenza del funzionamento della valvola dalla pressione idraulica esistente nel circuito con una semplificazione della regolazione automatica, non dovendosi più controllare due valvole in sequenza, oltre ad una semplificazione dei collegamenti idraulici.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di consentire di variare in modo particolarmente semplice la caratteristica della valvola di regolazione, indicata generalmente come Kv, corrispondente alla portata d’acqua in m<3>/h per una perdita di pressione di 1 bar. Con la valvola secondo la presente invenzione si ha infatti la possibilità di ottenere facilmente dei Kv diversi con la stessa valvola adeguandone la caratteristica a quella del circuito che questa deve controllare. Si ha infine la possibilità di utilizzare fonte energetiche alternative per il riscaldamento dell’acqua che non deve necessariamente raggiungere, con la valvola secondo la presente invenzione.

temperature particolarmente elevate.

Tali scopi e vantaggi vengono conseguiti con una valvola di regolazione rotativa a sei vie che presenta le caratteristiche costruttive riportate nella rivendicazione 1.

Forme realizzative particolarmente preferite sono eventualmente ottenibili attraverso le caratteristiche delle rivendicazioni dipendenti dalla 1.

Questi ed altri scopi, vantaggi e caratteristiche della valvola secondo la presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla seguente dettagliata descrizione di una sua forma realizzativa preferita, riportata a titolo esemplificativo ma non limitativo con riferimento ai disegni annessi in cui:

le Figure I e la sono due viste in sezione, rispettivamente lungo la linea 1-1 di figura la e la linea A-A di figura 1, di un insieme di valvola di regolazione secondo la presente invenzione;

le Figure 2. 2a e 2b mostrano il disco collettore ceramico fisso 1 della valvola di figura 1 rispettivamente in una vista in pianta dall’ alto della stessa figura 1, ovvero dal lato di impegnamento con il disco mobile 2, in una vista in pianta dal lato opposto ed in una vista in sezione lungo la linea B-B di figura 2;

le Figure 3, 3a e 3b mostrano il disco distributore ceramico mobile 2 rispettivamente in una vista in pianta dall’alto di figura 1, vale a dire dal iato di impegnamento con il perno di comando, in una vista in sezione lungo la linea IIl-ΙI di figura 3 ed in sezione lungo la linea III’-HI’ di figura 3a;

le Figure 4 e 4a mostrano il compensatore di spinta 3 della valvola di figura 1 rispettivamente in una vista in pianta dal basso di figura 1, vale a dire dal lato de! disco mobile 2, ed in una vista in sezione lungo la linea 1V-TV di figura 4; e

le Figure 5, 6 e 7 mostrano viste in pianta dall’alto, in tre posizioni diverse, del disco mobile 2 rispetto al disco fisso 1 sottostante, con le corrispondenti posizioni di passaggio o di intercettazione delle luci sul disco fìsso.

Con riferimento ai disegni ed in particolare alle Figg. 1 e la, dove la valvola secondo la presente invenzione viene rappresentata nel suo insieme, essa risulta formata da una cassa metallica 8 con coperchio 9 all’interno della quale si possono individuare un disco collettore fisso 1, un disco distributore mobile 2, entrambi preferibilmente in ceramica autolubrificante, un compensatore di spinta 3, un terminale poligonale 4 solidale con un perno centrale di azionamento 5, collegato con ti servomotore non mostrato in figura. 1 singoli elementi 1-3 sono stati rappresentati in maggior dettaglio rispettivamente nelle figure 2-4a. La valvola comprende inoltre una molla premente 6 con cuscinetto reggispinta 7 ed un perno 10 di centraggio dell’insieme. Sono inoltre presenti viti di fissaggio 21 del disco fisso 1 alla cassa 8 della valvola e manicotti 22 con O-ring di tenuta 23 per il collegamento tra disco fisso 1 ed i tubi passanti attraverso la cassa 8 della valvola. Nel corpo della valvola sono inoltre indicati, per ogni luce, due attacchi filettati, uno radiale (visibile per tutte le luci in Fig. 1a) ed uno assiale (rispettivamente Ma e 14b per la luce 14 in Fig. 1), per consentire 1 la massima flessibilità di collegamento con le tubazioni di distribuzione dell’ acqua calda e refrigerata e con la batteria dell’apparecchio; le luci che non verranno utilizzate saranno chiuse mediante appositi tappi filettati.

Facendo ora riferimento alle figure 2-2b, viene rappresentato in particolare il disco collettore ceramico fisso 1 nel quale sono praticati sei luci di passaggio così individuate: 11 e 12 quelle a sezione circolare per il collegamento con la batteria; 13 e 15 quelle trapezoidali curve di entrata e di uscita, per esempio dell’acqua calda; e 14 e 16 quelle trapezoidali curve d’entrata e di uscita dell’acqua refrigerata. Sono ancora visibili i fori 21 per il passaggio delle viti di accoppiamento con la cassa della valvola ed il foro 10 per lo spinotto di centraggio con il disco mobile, mentre con 18 sono rappresentati due scontri di fine corsa del disco mobile, diametralmente opposti e con 19 una zona ribassata centrale per diminuire la superficie di contatto con il disco mobile stesso.

Con riferimento alle figure 3, 3-3b viene rappresentato in particolare il disco distributore ceramico mobile 2 nel quale sono individuati con: 31 e 32 due canali di distribuzione, inscritti entro la corona circolare definita dalle sei luci di passaggio del disco fìsso, con 33 un foro di comunicazione con il compensatore di spinta, e con 34 il foro, in comunicazione con il 33, per l’inserzione del cannotto del compensatore di spinta 3. Si ha poi un foro 35 per lo spinotto di centraggio 10 con il disco fisso, un alloggiamento 36 del compensatore di spinta 3 con una impronta poligonale 37 per l impegnamento con la piastra terminale 4 del perno di comando 5. Si noti che, poiché il disco 2 striscia sul disco 1, le superfìci di contatto sono lavorate con un grado di rettifica piana elevatissimo per garantire una perfetta adesione tra le due superfìci per una sicura tenuta idraulica per contatto.

Il compensatore di spinta 3 è rappresentato in particolare nelle figure 4 e 4a ed é composto da due dischi metallici 38 e 39 collegati tra loro da una parete circolare metallica ondulata 40. L’interno della camera che viene così a formarsi comunica con l esterno attraverso un tubo 41 destinato ad inserirsi nel foro 34 del disco mobile 2 con tenuta idraulica da realizzare mediante apposito sigillante.

La piastra poligonale terminale 4, essendo solidale con il perno di comando 5 della valvola, ha non solo la funzione di trasmettere il movimento rotatorio da detto perno al disco mobile 2, ma anche di contrastare la spinta del compensatore 3 scaricandola sul perno 5 e, in definitiva, sul cuscinetto reggispinta 7. Si noti che il suo profilo può essere qualsiasi, anche non poligonale, purché diverso da quello circolare Ritornando ora alle figure 2-2b, si fa notare che le tre coppie di luci 11, 12; 13, 15 e 14,16, rispettivamente di collegamento con la batteria e con le tubazioni dell’acqua calda e dell’acqua refrigerata, queste due ultime coppie preferibilmente di forma trapezoidale curva, sono tutte inscritte in una corona circolare ed intervallate l’una dall’altra di 60° in modo che le luci di ogni coppia sono sfalsate tra loro di 180°. I canali circolari 31 e 32, di sezione rettangolare, ricavati nel disco mobile 2 (v. Fig. 3b) hanno larghezza pari a quella della suddetta corona, sono diametralmente opposti ed il loro sviluppo angolare è tale da mettere in comunicazione, quando il disco è opportunamente ruotato, alternativamente le due luci della batteria (11 e 12 nell’ipotesi fatta sopra) con le altre due coppie di luci trapezoidali relative all’acqua calda o refrigerata. Quando il disco mobile si trova nella posizione intermedia rappresenta in figura 7, risultano scoperte solo le luci 1 1 e 12 della batteria, mentre le altre quattro sono intercettate.

Rispetto a tale posizione, si può notare con riferimento alla figura 5 che, se il disco mobile 2 è ruotato completamente di 30° in senso antiorario, esso mette in comunicazione la luce 11 con la 14 e la luce 12 con la 16 mediante i canali 3 1 e 32 rispettivamente, consentendo all’acqua refrigerata di alimentare la batteria nell’ ipotesi di cui sopra, mentre le luci 13 e 15 sono intercettate.

Al contrario, con riferimento alla figura 6, quando il disco mobile 2 è ruotato completamente di 30° in senso orario, la luce 11 è messa in comunicazione con la 13 e la luce 12 con la 15, sempre attraverso i canali 31 e 32, consentendo così all’acqua calda di alimentare la batteria, mentre le luci 14 e 16 sono intercettate. Si noti a questo riguardo che, con particolare riferimento alla figura 2b, le luci di forma trapezoidale assumono, attraverso lo spessore del disco fisso 1, una forma circolare sul lato inferiore opposto per consentire il collegamento con gli analoghi fori praticati nella cassa 8 della valvola mediante opportuni manicotti, come quello indicato con 22.

La funzione del compensatore di spinta 3 rappresentato in particolare nelle figure 4, 4a è quella di bilanciare automaticamente la spinta statica e dinamica esercitata dall’acqua dell’impianto sul disco mobile 2 attraverso le luci di passaggio. Infatti l'interno del compensatore definito dai due dischi 38 e 39 e dalla parete periferica in lamierino ondulato 40 è in comunicazione, attraverso il tubo 41, con uno dei due canali 31, 32 del disco mobile. Le superfici piane del compensatore 3 hanno preferibilmente un’area uguale alla somma di quelle delle quattro luci intercett abili 13-16 e dei due canali 31, 32, per cui il funzionamento della valvola non viene influenzato dalla pressione idraulica esistente nei circuiti di alimentazione.

Si noti altresì che l’aderenza tra i due dischi 1 e 2 viene ottenuta con una molla 9 che preme sul disco mobile 2 e che, grazie al dispositivo di compensazione 3, la pressione esercitata dalla molla può risultare molto ridotta con effetti positivi tanto per la durata dei dischi, quanto per il momento torcente necessario per la manovra della valvola, il servocomando dovendo avere un movimento rotatorio di ± 30°. Naturalmente il disco mobile può assumere qualsiasi posizione compresa all’ interno dei 60° di corsa, cioè tra le posizioni illustrate nelle figure 5 e 6, in un senso o nell’altro rispetto alla posizione neutra centrale di figura 7, quando si consideri che tale posizione dipende dalla risposta del servocomando, ad azione modulante, al segnale che gii invia il sistema termostatico, con conseguente regolazione della portata d’acqua in modo lineare da 0 al 100%. In tal modo si ottiene il requisito desiderato di proporzionalità che consiste in una portata del fluido direttamente proporzionale alla corsa dell’organo di intercettazione. Nelle valvole a movimento rettilineo tale organo è costituito normalmente da un otturatore rispetto alla sede della valvola, ma in quel caso tale requisito è molto difficile da ottenere a causa della corsa molto ridotta rispetto al diametro. Con la valvola rotativa a sei vie secondo la presente invenzione tale requisito è invece soddisfatto perché i canali 31 e 32 del disco mobile scoprono di volta in volta delle sezioni delle coppie di luci trapezoidali che sono direttamente proporzionali agli angoli di rotazione.

Ultimo aspetto da considerare, per la valvola secondo l’invenzione, è il valore della caratteristica Kv, cui si è accennato in precedenza. Questo valore è molto importante perché permette di adeguare la caratteristica della valvola a quella del circuito che deve controllare. Secondo la presente invenzione si possono ottenere valvole con caratteristiche diverse senza che sia necessario costruirle di volta in volta, ma partendo da un’unica valvola di base. Sarà sufficiente variare il diametro interno del cannotto 22 inserito in uno dei due collegamenti alla batteria, partendo dal valore massimo, uguale a quello del foro nel quale è inserito, cosi da ottenere a parità di caduta di pressione (1 bar) un minor passaggio di acqua nell’unità di tempo e quindi una diminuzione della caratteristica Kv.

A titolo di esempio, la resa della batteria raffreddante dei ventiloconvettori a “quattro tubi” viene normalmente calcolata per una temperatura media logaritmica di circa 10 K, senza mai scendere con la temperatura dell’acqua refrigerata in entrata alla batteria sotto i 9°C, per evitare fenomeni di condensazione atmosferica sulla batteria stessa e con una temperatura al bulbo secco dell’aria all’ingresso della batteria di 26°C. La batteria riscaldante invece può essere calcolata per una temperatura media logaritmica fino a 45K. Dato che i carichi termici raffreddanti e riscaldanti sono sostanzialmente simili, la batteria calda può avere una superfìcie molto più ridotta rispetto a quella fredda, con la necessità però di dover raggiungere temperature relativamente elevate, come detto in precedenza. Con una sola batteria, come previsto e reso possibile dall’impiego della valvola rotativa a sei vie secondo la presente invenzione, la temperatura logaritmica in fase raffreddante sarebbe sempre di 10K mentre quella in fase riscaldante sarebbe di circa 12K. Ciò significa che la temperatura dell’acqua in entrata può essere anche di soli 40°C, con aria all’ingresso della batteria di 20°C, da qui la possibilità di utilizzare per il riscaldamento fonti energetiche alternative come pompe di calore e/o collettori solari.

Eventuali aggiunte e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti del ramo alla forma realizzativa sopra descritta ed illustrata della valvola di regolazione servocomandata secondo la presente invenzione senza uscire dall’ambito dell’invenzione stessa.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Valvola servocomandata per la regolazione degli apparecchi per il condizionamento deir aria a ventiloconvettori induttori o simili in base alla temperatura rilevata localmente da un dispositivo termostatico, con sistema di distribuzione dell’acqua a quattro tubi per l’alimentazione di una batteria di scambio termico, caratterizzata dal fatto di comprendere, in un corpo di valvola (8) con coperchio (9), net quale sono ricavati gli attacchi idraulici (22) con i quattro tubi dell’impianto, un disco collettore ceramico fisso (l) con tre coppie di luci di passaggio (11, 12; 13, 15; 14, 16), situate all’interno di una corona circolare, rispettivamente per il collegamento con la batteria, con i due tubi dell’acqua calda e con quelli dell’acqua refrigerata, le luci di ciascuna coppia essendo poste a 180° fra loro rispetto al centro del disco (1) intorno al quale può ruotare, a stretto contatto con il disco fisso (1), un disco distributore mobile (2) che presenta diametralmente opposti tra loro due canali di distribuzione (31 , 32) inscritti entro detta corona circolare, detto disco mobile (2) presentando centralmente un’impronta per l’impegnamento con una piastra poligonale (4) solidale con un perno di comando (5) della valvola collegato agli organi di servocomando per impartire un movimento di rotazione nei due sensi a detto disco mobile (2) intercettando così l’una o l’altra coppia di luci (13, 15; 14, 16) e consentendo il collegamento, a portata piena o parziale, tra le due luci (1 1, 12) di collegamento con la batteria e la coppia di luci non intercettate.
2. Valvola secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere inoltre una molla premente (6) con cuscinetto reggispinta (7) atta ad agire tra detto coperchio (9) ed il disco mobile (2) per mantenerlo a stretto contatto con il disco fisso (1), entrambi detti dischi (1, 2) essendo in ceramica autolubrificante.
3. Valvola secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto di comprendere inoltre un compensatore di spinta (3) tra detta piastra poligonale (4) ed il disco mobile (2), essendo costituito da una camera deformabile tra due dischi metallici (38, 39), comunicante mediante un tubo (41) con uno di detti canali (31, 32) del disco mobile (2) e quindi con il flusso proveniente da una delle luci di alimentazione.
4. Valvola secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere inoltre sul disco fisso (1) fine corsa (18) per delimitare in entrambe le direzioni la rotazione del disco mobile (2), in corrispondenza delle estremità di detti canali (31, 32).
5. Valvola secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che la rotazione consentita da detti fine corsa (18) è di 60° complessivi, 30° in senso orario e 30° in senso antiorario, rispetto ad una posizione neutra centrale in cui sono intercettate tutte le luci (13, 15; 14, 16) di comunicazione con i quattro tubi e le luci libere (11, 12) non sono alimentate.
6. Valvola secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che dette luci di passaggio (13, 15; 14,16), che presentano sezione circolare in corrispondenza con manicotti (22) di raccordo con i quattro tubi dell’impianto, sul lato opposto del disco fisso (1) presentano sezione trapezoidale curva, all’interno di detta corona circolare, per consentire una parzializzazione della loro area di passaggio in funzione dell’angolo di rotazione del disco mobile (2), con portata proporzionale, tramite il servocomando, al segnale impartito da! dispositivo termostatico.
7. Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da! fatto che nel corpo (8) della valvola sono previsti, per ogni luce, due attacchi filettati, uno radiale ed uno assiale per consentire la massima flessibilità di collegamento con i quattro tubi di distribuzione e con la batteria dell' apparecchio.