ITRM20000484A1 - Elettrovalvola per erogazione a portata variabile di un fluido. - Google Patents

Description

Elettrovalvola per erogazione a portata variabile di un fluido.

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce alle elettrovalvole e, più particolarmente, a una elettrovalvola per l'erogazione a portata variabile di un fluido del tipo definito nel preambolo della rivendicazione 1.

Le elettrovalvole di questo tipo trovano larga applicazione nei sistemi di alimentazione dei bruciatori di gas per regolare l'afflusso del gas e perciò per modulare la produzione di calore del bruciatore .

Una tipica elettrovalvola nota comprende un corpo metallico cavo con un raccordo d'ingresso e un raccordo di uscita, con una sede di valvola e un otturatore mobile in direzione perpendicolare al flusso del fluido. L'otturatore è collegato, o altrimenti accoppiato meccanicamente, ad un nucleo ferromagnetico che fa parte di un circuito magnetico attivato da un solenoide montato sul corpo. La sede di valvola e l'otturatore sono sagomati in modo da delimitare tra loro una luce di ampiezza variabile con continuità da zero, cioè da una posizione in cui il flusso del fluido è bloccato, ad un valore massimo, cioè ad una posizione in cui il flusso del fluido ha la portata massima, in funzione di una grandezza elettrica di comando, di solito la corrente che attraversa il solenoide . Possono essere anche previsti mezzi di regolazione della portata per garantire un posizionamento stabile dell'otturatore in tutti i punti della sua corsa e un movimento graduale e senza isteresi dell'otturatore stesso.

Il corpo cavo è generalmente realizzato in una lega ferrosa per stampaggio o pressofusione ed ha caratteristiche strutturali e dimensionali tali da garantire la necessaria resistenza alla torsione e alla flessione. Esso ha generalmente peso ed ingombro considerevoli e costituisce una parte relativamente costosa dell'elettrovalvola. I mezzi di regolazione costituiscono anch'essi una parte critica dell'elettrovalvola perché sono spesso alquanto complessi, richiedendo cure particolari e tolleranze di fabbricazione strette, in particolare quando comprendono sistemi idraulici di controllo di posizione .

Lo scopo principale della presente invenzione è di mettere a disposizione un'elettrovalvola priva di un corpo di tipo convenzionale come quello sopra descritto, che sia perciò meno ingombrante e più economica delle elettrovalvole note.

Tale scopo viene conseguito realizzando l'elettrovalvola come è definita e caratterizzata in generale nella prima rivendicazione.

L'invenzione sarà meglio compresa dalla seguente descrizione dettagliata di tre sue forme di esecuzione esemplificative, e pertanto in nessun modo limitative, fatta in relazione agli uniti disegni, in cui :

la figura 1 mostra in sezione assiale un'elettrovalvola per l'erogazione di gas secondo una prima forma d'esecuzione dell'invenzione, più particolarmente un'elettrovalvola normalmente chiusa con otturatore singolo per la modulazione della portata d'uscita,

la figura 2 è un grafico che mostra l'andamento della pressione in uscita dall'elettrovalvola della figura 1 in funzione della corrente elettrica di comando,

la figura 3 mostra in sezione assiale una do l'invenzione, più particolarmente un'elettrovalvola normalmente chiusa come quella della figura 1 ma con un otturatore supplementare,

la figura 4 mostra un sistema valvolare con un' elettrovalvola come quella della figura 3 e con stabilizzazione della portata del fluido in uscita e la figura 5 mostra un sistema valvolare simile a quello della figura 4, in cui la stabilizzazione della portata del fluido si ottiene utilizzando un sensore a effetto Hall.

Come è mostrato nella figura 1, la valvola secondo l'invenzione comprende due elementi cilindrici 20 e 21, inseriti a tenuta in una guaina 22 di materiale non ferromagnetico e un nucleo ferromagnetico 23 scorrevole all'interno della guaina tra i due elementi 20 e 21. Gli elementi 20 e 21 presentano fori passanti coassiali 24 e 25 che si allargano verso l'esterno a formare rispettivamente le aperture d'ingresso 26 e di uscita 27 della valvola. L'elemento 20 con l'apertura d'ingresso, o brevemente l'elemento d'ingresso 20, è di materiale ferromagnetico e l'elemento 25 con l'apertura d'uscita, o brevemente l'elemento di uscita 25, può essere costituito indifferentemente di materiale non ferromagnetico, per esempio ottone, o di materiale ferromagnetico.

Un solenoide 28 circonda la guaina 22 e parte degli elementi 20 e 21 e un mantello cilindrico 29 circonda il solenoide 28. Le parti della valvola sopra descritte sono tenute insieme da una struttura di supporto che, in questo esempio, comprende due dischi ‘30, 31 e due bulloni 34, 35. I due dischi 30 e 31, di materiale ferromagnetico e con aperture centrali attraverso le quali passano le parti di estremità dei due elementi 20 e 21, sono in contatto con rispettive battute anulari 32, 33 dei due elementi 20 e 21. I due bulloni 34, 35, sono inseriti in fori previsti su sporgenze radiali opposte dei dischi 30 e 31 e tengono insieme le varie parti strutturali della valvola assicurando la necessaria resistenza a torsione e a flessione.

Il nucleo 23 è conformato come un pistone mobile all'interno della camera cilindrica definita dalla guaina 22 e divide quest'ultima in due vani 36 e 37. I due vani 36 e 37 sono comunicanti tra loro attraverso fori presenti nel nucleo 23, in questo esempio un foro assiale 38 e fori radiali 39. Un otturatore 40, in questo esempio di gomma o di altro tronco di cono ed è solidale con il nucleo 23. Il foro assiale 25 dell'elemento 21 è svasato verso l'interno del vano 37 e forma una sede di valvola 41 avente una superficie conica che combacia con la superficie conica dell'otturatore 40 quando quest'ultimo si trova nella posizione di chiusura della valvola. La parte del nucleo 23 opposta all'otturatore 40 presenta una cavità, anch'essa a superficie troncoconica, che combacia con una corrispondente superficie dell'estremità interna 42 dell'elemento d'ingresso 20 quando il nucleo 23 si trova nella posizione di massima apertura della valvola. Una molla 43 è alloggiata all'interno di una cavità dell'estremità interna 42 dell'elemento d'ingresso 20 e si appoggia alla superficie opposta del nucleo 23 in modo da mantenere l'otturatore, in assenza di altre sollecitazioni, nella posizione di chiusura .

Se si fa passare nel solenoide 28 una corrente tale da indurre nel nucleo 23 una forza di direzione e intensità sufficienti a superare la forza elastica della molla 43, l'otturatore 40 si scosta dalla sede di valvola 41. Se l'elemento d'ingresso 20 è collegato a un condotto di alimentazione del gas, il dell'elemento di ingresso 20, il vano 36, i fori nel nucleo, il vano 37 e la luce, formatasi in virtù dello spostamento del nucleo 23, tra l'otturatore 40 e la sede di valvola 41, fino a raggiungere l'apertura d'uscita 27 della valvola. L'ampiezza della luce è determinata dalla corrente che passa nel solenoide e, più precisamente, dalla corrente per la quale la componente assiale della forza indotta nel nucleo 23 è in equilibrio con la forza elastica della molla 43.

Grazie alla conformazione a superfici tronco coniche complementari del nucleo 23 e dell'elemento d'ingresso 20, la componente assiale della forza indotta aumenta in modo graduale e sostanzialmente proporzionale alla grandezza elettrica di comando.

Nella figura 2 è mostrato un grafico che rappresenta, a titolo di esempio, come varia la pressione Pout, e perciò la portata, del gas in uscita in funzione della corrente I passante nel solenoide. La curva indicata con A si riferisce ad un'operazione di apertura e la curva indicata con B si riferisce ad un'operazione di chiusura.

Come si può osservare, la conformazione della valvola con l'otturatore mobile nella stessa descritto) consente di fare a meno di un corpo di valvola di tipo convenzionale e perciò di risparmiare sui costi di produzione. Il risparmio è ancora più sensibile grazie al fatto che le parti principali della valvola possono essere ricavate facilmente con economiche operazioni di tornitura. La necessaria rigidità alla torsione e alla flessione è assicurata, come già accennato, dalla struttura di supporto e di fissaggio composta dai due dischi opposti e dai due bulloni .

Nella figura 3, dove parti uguali o equivalenti a quelle della figura 1 sono indicate con gli stessi numeri di riferimento, è rappresentata un'elettrovaivola a due otturatori, utilizzabile vantaggiosamente come valvola di regolazione e di sicurezza per l'alimentazione di un impianto a gas in cui sia richiesta una cosiddetta doppia chiusura del gas, per esempio uno scalda-acqua per uso domestico.

Rispetto all'elettrovalvola della figura 1, l'elemento d'ingresso è diviso in due parti: una prima parte, in materiale non ferromagnetico indicata con 20' , che ha essenzialmente la funzione di raccordo d'ingresso e una seconda parte di materiale ferromagnetico indicata con 20'', separata dalla prima parte da una camera cilindrica 50. All'interno della camera 50 è alloggiato in modo scorrevole un secondo otturatore, costituito da un organo di tenuta, in questo esempio un disco di gomma 52, fissato a un'estremità di un nucleo 51 di materiale ferromagnetico con scanalature radiali o fori assiali {non visibili nel disegno). Una molla 53 all'interno della camera 50 spinge il nucleo 51 verso la parte 20' ' in modo che il disco di gomma 52, in assenza di altre sollecitazioni, chiuda la sede di valvola 54 definita dall'estremità del foro assiale della parte 20'' dell'elemento d'ingresso. Quando il solenoide 28 viene alimentato, il nucleo 51 si sposta vincendo la forza elastica della molla 53 e aprendo il passaggio del gas verso il foro assiale della parte 20''. La molla 53 viene scelta in modo che il nucleo 51 si sposti nella posizione di apertura, cioè nella posizione. in cui il disco 52 è staccato dalla sede di valvola 54, al più tardi nel momento in cui la valvola di regolazione con il nucleo mobile 23 incomincia ad aprirsi. La seconda chiusura assicurata dal secondo otturatore 52 costituisce una misura di sicurezza nel caso in cui per qualche motivo l'otturatore 40 si blocchi in posizione di apertura.

Quando la precisione della regolazione della portata dell'elettrovalvola secondo la figura 1 o secondo la figura 3 non è considerata sufficiente, può essere previsto, in modo di per sé noto e come è mostrato schematicamente nella figura 4, un sensore di pressione 63 a valle dell'elettrovalvola e un'unità elettronica di controllo. 64 che regola la corrente I nel solenoide in funzione del segnale del sensore per mantenere costante ad un valore prefissato Pref la pressione, e perciò la portata, del fluido in uscita.

Un modo particolarmente vantaggioso per regolare la portata di un'elettrovalvola secondo l'invenzione è rappresentato nella figura 5. Come si vede, all'uscita dell'elettrovalvola è montata una piccola turbina 60 che gira ad una velocità variabile con la portata del gas in uscita. · Nella turbina è incapsulato almeno un magnete. Un sensore ad effetto Hall 61 genera un segnale elettrico proporzionale alla velocità della turbina. Un'unità elettronica di controllo 62 confronta l'informazione proveniente dal sensore 61 con una grandezza di riferimento Qref corrispondente ad una portata prefissata e fa variare la corrente I di alimentazione del solenoide in modo da mantenere il flusso del gas di uscita stabile alla portata prefissata.

Si ottiene così un'elettrovalvola con stabilizzatore di portata in un'unica struttura molto compatta, semplice e al tempo stesso affidabile.

Per quanto siano state illustrate e descritte solo tre forme di esecuzione dell'invenzione, è chiaro che numerose varianti e modifiche sono possibili nell' ambito dello stesso concetto inventivo .

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Elettrovalvola per l'erogazione a portata variabile di un fluido comprendente un condotto avente un'apertura di ingresso (26) e un'apertura di uscita (27) attraverso le quali il fluido può passare sostanzialmente senza cambiare direzione, una sede di valvola (41) all'interno del condotto tra l'apertura d'ingresso e l'apertura di uscita, un otturatore (40) mobile tra una posizione di chiusura e una posizione di massima apertura, mezzi elettromagnetici atti ad agire sull'otturatore per portarlo in una posizione qualsiasi compresa tra la posizione di chiusura e la posizione di apertura in funzione di una grandezza elettrica di comando, caratterizzata dal fatto che i mezzi elettromagnetici comprendono un nucleo (23) di materiale ferromagnetico, solidale con l'otturatore (40), mobile sostanzialmente nella stessa direzione del fluido e un solenoide (28) atto a generare una forza sul nucleo ferromagnetico (23) nella stessa direzione .
2. 2. Elettrovalvola secondo la rivendicazione comprendente un elemento d'ingresso (20) che delimita un primo tratto (24) del condotto adiacente all'apertura d'ingresso (26) ed è costituito almeno in parte da materiale ferromagnetico, un elemento d'uscita (21) che delimita un secondo tratto (25) del condotto adiacente all'apertura d'uscita (27) e comprende la sede di valvola (41) e una guaina (22) di materiale non ferromagnetico che unisce l'elemento d'ingresso (20) all'elemento d'uscita (21) e delimita tra essi una camera nella quale è alloggiato in modo scorrevole il nucleo (23) con l'otturatore (40).
3. 3. Elettrovalvola secondo la rivendicazione 2, comprendente mezzi elastici (43) per spingere il nucleo (23) con l'otturatore (40) nella posizione di chiusura.
4. 4. Elettrovalvola secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui il nucleo (23) divide la camera delimitata dalla guaina (22) in un primo vano (36) in comunicazione con il primo tratto (24) del condotto e in un secondo vano (37) in comunicazione con il secondo tratto (25) del condotto quando l'otturatore (40) non è in posizione di chiusura e comprende mezzi di passaggio (38, 39) che mettono in comunicazione tra loro i due vani (36, 37) della camera.
5. 5. Elettrovalvola secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l'otturatore (40) e la sede di valvola (41) hanno rispettive superfici coniche sostanzialmente complementari.
6. 6. Elettrovalvola secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l'elemento d'ingresso (20) e il nucleo (23) hanno rispettive superfici coniche sostanzialmente complementari.
7. 7. Elettrovalvola secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 6, avente una struttura di supporto comprendente due dischi (30,31) di materiale ferromagnetico con aperture centrali attraverso le quali passano le parti di estremità degli elementi d'ingresso (20) e d'uscita (21) e mezzi di fissaggio (34, 35) che uniscono tra loro i due dischi.
8. 8. Elettrovalvola secondo la rivendicazione 1, comprendente un'ulteriore sede di valvola (54), un ulteriore nucleo (51) di materiale ferromagnetico e un ulteriore otturatore (52) solidale con l'ulteriore nucleo, e ulteriori mezzi elastici (43) dimensionati in modo che, quando il solenoide (28) non è alimentato, l'ulteriore otturatore (52) sia spinto contro l'ulteriore sede di valvola (54) per bloccare il passaggio del fluido e, quando il solenoide (28) è alimentato, l'ulteriore otturatore (52) è staccato dalla sede di valvola (54) per consentire il passaggio del fluido.
9. 9. Sistema valvolare comprendente un'elettrovalvola secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, mezzi (60, 61) rivelatori della portata del fluido in uscita dall'elettrovalvola e mezzi di regolazione (62) atti a far variare la grandezza elettrica (I) di comando del solenoide in modo da mantenere la portata del fluido in uscita ad un valore prefissato.
10. 10.Sistema secondo la rivendicazione 9, in cui i mezzi rivelatori comprendono una turbina (60) disposta nel percorso d'uscita del fluido, almeno un magnete permanente mobile con la turbina e un sensore (61) a effetto Hall e in cui i mezzi di regolazione (62) comprendono un'unità elettronica di controllo della grandezza elettrica di comando in funzione della differenza tra un segnale generato dal sensore a effetto Hall e un segnale corrispondente al valore di portata prefissato (Qref).
11. 11.Sistema secondo la rivendicazione 5, in cui i mezzi rivelatori comprendono un sensore di pressione (63) disposto nel percorso di uscita del fluido e in cui i mezzi di regolazione comprendono un'unità elettronica di controllo (64) della grandezza elettrica di comando in funzione della differenza tra un segnale generato dal sensore di pressione (63) e un segnale di pressione prefissato (Pref) corrispondente al valore di portata prefissato.