ITTA20110011A1 - DEVICE FOR THE OPERATION OF BISTABLE SOLENOID VALVES FOR LIQUIDS, GASES AND VAPORS LOW AND HIGH PRESSURE. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DEL BREVETTO PATENT DESCRIPTION

Una elettrovalvola è la combinazione di due parti principali: un elettromagnete, un nucleo fisso e un nucleo mobile un solenoide e il suo nucleo mobile, e un corpo valvola collegato al circuito acqua, vapore o gas tramite uno o più vie. A solenoid valve is the combination of two main parts: an electromagnet, a fixed core and a movable core, a solenoid and its movable core, and a valve body connected to the water, steam or gas circuit through one or more ways.

Al centro del solenoide o bobina è presente un canotto in cui scorre un otturatore che effettua quindi una totale o parziale intercettazione del fluido. Lo spazio interno al solenoide è occupato da un materiale ferromagnetico che ne costituisce il nucleo (nucleo mobile e nucleo fisso). At the center of the solenoid or coil there is a sleeve in which a shutter slides which therefore performs a total or partial interception of the fluid. The space inside the solenoid is occupied by a ferromagnetic material which constitutes its core (mobile core and fixed core).

Quando la bobina è percorsa da corrente elettrica, il campo magnetico generato causa lo scorrimento del nucleo mobile nel tubo guida verso il nucleo fisso. Nella versione di valvola normalmente chiusa, il nucleo mobile viene mantenuto staccato dal nucleo fisso (in posizione di chiusura) da una molla, che lo riporterà nella stessa posizione dopo che cesserà l’azione del campo magnetico. Nelle valvole normalmente aperte invece, l’attivazione del campo magnetico nel solenoide causa la chiusura del flusso di fluido che tornerà ad aprirsi all’interrompersi del campo magnetico stesso. When electric current flows through the coil, the magnetic field generated causes the moving core to slide in the guide tube towards the fixed core. In the normally closed valve version, the movable core is kept detached from the fixed core (in the closed position) by a spring, which will bring it back to the same position after the action of the magnetic field ceases. In normally open valves, however, the activation of the magnetic field in the solenoid causes the fluid flow to close, which will open again when the magnetic field itself stops.

Inoltre, a seconda del funzionamento, sia per le elettrovalvole normalmente chiuse che normalmente aperte, possiamo parlare delle seguenti categorie: - ELETTROVALVOLE AD AZIONAMENTO DIRETTO Furthermore, depending on the operation, both for normally closed and normally open solenoid valves, we can speak of the following categories: - DIRECT ACTING SOLENOID VALVES

Sono le elettrovalvole più semplici come principio di funzionamento in quanto le fasi di apertura e chiusura si esercitano direttamente sul flusso principale della valvola. In posizione di riposo, l'avvolgimento dell’elettrovalvola non è percorso da corrente, per cui la molla del nucleo, con l’aiuto della pressione del fluido, mantiene chiusa la valvola. Quando si eccita la bobina, il nucleo mobile viene attratto dal nucleo fisso permettendo l’apertura dell’elettrovalvola e quindi il passaggio del fluido. - ELETTROVALVOLE AD AZIONAMENTO SERVO COMANDATO They are the simplest solenoid valves as a principle of operation as the opening and closing phases are exerted directly on the main flow of the valve. In the rest position, the winding of the solenoid valve is not traversed by current, so the core spring, with the help of the fluid pressure, keeps the valve closed. When the coil is energized, the movable core is attracted to the fixed core allowing the opening of the solenoid valve and therefore the passage of the fluid. - SERVO-CONTROLLED SOLENOID VALVES

Per questi dispositivi, in posizione di riposo, il fluido, attraverso un foro di equalizzazione, esercita una pressione sull'otturatore a membrana dell’orifizio principale. L’otturatore rimane in posizione di chiusura perché a parità di pressione del fluido, la superficie superiore è maggiore di quella inferiore. For these devices, in the rest position, the fluid, through an equalization hole, exerts pressure on the diaphragm shutter of the main orifice. The shutter remains in the closed position because with the same fluid pressure, the upper surface is greater than the lower one.

Quando si eccita la bobina dell’elettrovalvola, si apre il foro di scarico. La successiva caduta di pressione del fluido sulla superficie superiore della membrana principale causa il sollevamento della stessa. When the solenoid valve coil is energized, the drain hole opens. The subsequent pressure drop of the fluid on the upper surface of the main diaphragm causes it to rise.

Questa tipologia di valvole prevede quindi un minimo valore di pressione per garantire il funzionamento. This type of valve therefore requires a minimum pressure value to ensure operation.

- ELETTROVALVOLE AD AZIONAMENTO SERVOASSIST1TO O MISTO Sono della stessa tipologia di quelle servocomandate con la differenza che l'otturatore di comando {nucleo mobile) è agganciato alla membrana garantendo così una funzionalità già da 0 bar. - SOLENOID VALVES WITH SERVO-ASSISTED OR MIXED OPERATION They are of the same type as those with servo-control, with the difference that the control shutter (movable core) is hooked to the membrane, thus guaranteeing functionality from 0 bar.

Tutte queste tipologie di elettrovalvole, per poter svolgere la loro funzione hanno bisogno di alimentazione continuativa, con conseguente elevato consumo energetico e possibili problemi a seguito del riscaldamento delle bobine. I tempi di risposta per apertura e chiusura dipendono dalle dimensioni della valvola e possono essere debordine di qualche centinaio di millisecondi o di qualche secondo in caso di valvole motorizzate. Infine, poiché per mantenere lo stato di apertura o di chiusura le valvole devono sempre essere sotto tensione, il loro utilizzo è praticamente limitato ad ambiti in cui deve essere assicurata l’alimentazione elettrica. All these types of solenoid valves, in order to perform their function, need a continuous power supply, with consequent high energy consumption and possible problems following the heating of the coils. The response times for opening and closing depend on the size of the valve and can be over a few hundred milliseconds or a few seconds in the case of motorized valves. Finally, since to maintain the open or closed state the valves must always be under voltage, their use is practically limited to areas where the power supply must be ensured.

Per ovviare a tali inconvenienti e ottenere altri e ulteriori vantaggi il richiedente ha studiato e realizzato il presente trovato. To obviate these drawbacks and obtain other and further advantages, the applicant has studied and implemented the present invention.

Esso consiste in un dispositivo in grado di aprire e chiudere una qualunque delle tipologie di elettrovalvole su menzionate, sia per liquidi che per gas che per vapori a bassa o alta pressione, tramite un impulso di tensione della durata inferiore al secondo e mantenerne stabile lo stato. Ciò conferisce alla valvola, sia essa normalmente aperta o normalmente chiusa, la caratteristica di essere bi-stabile. It consists of a device capable of opening and closing any of the aforementioned types of solenoid valves, both for liquids and gases and for low or high pressure vapors, by means of a voltage impulse lasting less than one second and keeping its state stable. . This gives the valve, whether it is normally open or normally closed, the characteristic of being bi-stable.

Questo dispositivo può essere integrato o associato a qualunque altro dispositivo che abbia la necessità di chiudere o aprire una erogazione di liquido, gas o vapore all'interno di una tubazione. This device can be integrated or associated with any other device that needs to close or open a supply of liquid, gas or vapor inside a pipe.

Nella Figura 1 e nella Figura 2 si rappresenta il dispositivo secondo il trovato, applicato, a titolo esemplificativo ma non limitativo, rispettivamente ad un corpo elettrovalvola (10) ad azionamento diretto e uno ad azionamento servocomandato. Esso è caratterizzato da uno o più elementi magnetici (1), posti all’interno del nucleo mobile (11) dell’elettrovalvola che termina con l’otturatore (9). Il nucleo mobile (11) si muove all’interno di un canotto (2). Figure 1 and Figure 2 show the device according to the invention, applied, by way of example but not of limitation, respectively to a solenoid valve body (10) with direct operation and one with servo-controlled operation. It is characterized by one or more magnetic elements (1), placed inside the mobile core (11) of the solenoid valve that ends with the shutter (9). The mobile core (11) moves inside a sleeve (2).

Intorno al canotto (2) è situato il solenoide (3) dell’elettrovalvola, alimentato dal connettore elettrico (4). The solenoid (3) of the solenoid valve is located around the sleeve (2), powered by the electrical connector (4).

Gli elementi magnetici (1) possono essere eventualmente separati tra loro da una sezione di materiale diamagnetico (5), The magnetic elements (1) can optionally be separated from each other by a section of diamagnetic material (5),

Il principio si basa sull’equilibrio tra la forza di attrazione e repulsione dei magneti (1), la forza della molla (6), la potenza del solenoide (3), la pressione del flusso in entrata (7), la pressione di ritorno o contro flusso sull’uscita della valvola (8), il valore della tensione di alimentazione e la corrente erogata. The principle is based on the balance between the force of attraction and repulsion of the magnets (1), the force of the spring (6), the power of the solenoid (3), the pressure of the inlet flow (7), the return pressure o against flow on the valve outlet (8), the value of the supply voltage and the supplied current.

Quando il solenoide (3) non è alimentato, i campi magnetici dei magneti (1), in combinazione o in contrapposizione con la forza della molla (6) mantengono stabile lo stato di apertura o chiusura dell’elettrovalvola: se l’elettrovalvola è aperta, rimane aperta, se è chiusa rimane chiusa. When the solenoid (3) is not powered, the magnetic fields of the magnets (1), in combination or in contrast with the force of the spring (6), keep the solenoid valve open or closed stable: if the solenoid valve is open , it remains open, if it is closed it remains closed.

Quando il solenoide (3) viene alimentato da un breve impulso di tensione e corrente adeguata, si crea un campo magnetico al suo interno che può determinare o l’attrazione del nucleo mobile (11) verso l’alto o la sua repulsione verso il basso. When the solenoid (3) is powered by a short pulse of adequate voltage and current, a magnetic field is created inside it which can cause either the attraction of the mobile core (11) upwards or its repulsion downwards .

Nel primo caso, la valvola viene aperta vincendo la forza contraria della molla (6). Quando il solenoide (3) non è più alimentato, la valvola rimane aperta in quanto la forza di attrazione tra i magneti (1) ed il materiale ferromagnetico presente sulla testata del nucleo fisso (12) è superiore alla forza esercitata dalla molla (6) che tenderebbe a far chiudere la valvola. Nel secondo caso, il campo magnetico generato dal solenoide (3) spinge il nucleo mobile (11) verso il basso, ottenendo la chiusura della valvola. In the first case, the valve is opened by overcoming the opposing force of the spring (6). When the solenoid (3) is no longer powered, the valve remains open as the force of attraction between the magnets (1) and the ferromagnetic material present on the head of the fixed core (12) is greater than the force exerted by the spring (6) which would tend to cause the valve to close. In the second case, the magnetic field generated by the solenoid (3) pushes the movable core (11) downwards, thus closing the valve.

La forza della molla (6) e il peso stesso del nucleo mobile (11) mantengono chiusa la valvola. In Figura 2, con 13 è indicato l'orifizio di ingresso dell’elettrovalvola ad azionamento servocomandato, mentre con 14 il foro di uscita. Il senso di apertura o chiusura dell’elettrovalvola dipende dalla polarità di alimentazione ai capi del solenoide (3) e/o dal posizionamento reciproco dei magneti (1) all'interno del nucleo mobile nel senso N-S o S-N. Invertendo la polarità dell’alimentazione ai capi del solenoide si invertono le linee di forza del campo magnetico. Il sistema così realizzato è in grado di aprire e/o chiudere una elettrovalvola bistabile mantenendo stabile, senza alimentazione continua, lo stato di apertura o chiusura della valvola. Variando opportunamente il numero, le dimensioni e la disposizione dei componenti magnetici inseriti nel nucleo mobile (11), la forza della molla (6), la tensione di alimentazione, la potenza del solenoide e le caratteristiche geometriche del corpo valvola, il dispositivo può essere utilizzato efficacemente per aprire o chiudere circuiti acqua o liquidi in genere, gas, vapore, in condizioni di bassa o alta pressione, con qualunque portata di esercizio. The force of the spring (6) and the weight of the plunger (11) keep the valve closed. In Figure 2, 13 indicates the inlet orifice of the servo-operated solenoid valve, while 14 indicates the outlet hole. The opening or closing direction of the solenoid valve depends on the power supply polarity at the ends of the solenoid (3) and / or the mutual positioning of the magnets (1) inside the movable core in the N-S or S-N direction. By inverting the polarity of the power supply at the ends of the solenoid, the lines of force of the magnetic field are inverted. The system thus created is able to open and / or close a bistable solenoid valve while maintaining stable, without continuous power supply, the opening or closing state of the valve. By appropriately varying the number, dimensions and arrangement of the magnetic components inserted in the movable core (11), the force of the spring (6), the supply voltage, the power of the solenoid and the geometric characteristics of the valve body, the device can be effectively used to open or close water or liquid circuits in general, gas, steam, in low or high pressure conditions, with any operating flow rate.

Claims (1)

RIVENDICAZIONI 1. dispositivo basato sull'inserimento di magneti all’interno e/o all’esterno del nucleo mobile di qualunque elettrovalvola per acqua, gas o vapori a qualunque portata o pressione, sia essa a comando diretto, servoassistita, servo comandata, con di riarmo manuale o funzionante su altro principio, tale da trasformarla da elettrovalvola normalmente aperta/chiusa in bistabile. 2. dispositivo come alla rivendicazione 1 che permette l’apertura o la chiusura dell’elettrovalvola su cui è montato, grazie ad un singolo impulso di tensione inferiore al secondo e successivamente mantiene lo stato stabile di apertura e/o chiusura dell’elettrovalvola in assenza di alimentazione elettrica e in assenza o presenza di pressione interna alle tubazioni. 3. dispositivo come alle rivendicazioni 1-2 in cui si possano modificare il numero, la forza, le dimensioni, la posizione dei magneti aH’interno del nucleo mobile o si possano inserire elementi magnetici, ferromagnetici, diamagnetici, internamente o esternamente a questo; 4. si rivendica la possibilità di applicare, internamente o esternamente al corpo valvola, uno o più elementi magnetici, sensori di prossimità ed eventuali elementi ferromagnetici che consentano il controllo dello stato di apertura e di chiusura dell’elettrovalvola;CLAIMS 1. device based on the insertion of magnets inside and / or outside the movable core of any solenoid valve for water, gas or vapors at any flow rate or pressure, be it direct control, servo-assisted, servo-controlled, with reset manual or operating on another principle, such as to transform it from a normally open / closed solenoid valve into a bistable one. 2. device as in claim 1 which allows the opening or closing of the solenoid valve on which it is mounted, thanks to a single voltage pulse lower than the second and subsequently maintains the stable state of opening and / or closing of the solenoid valve in the absence power supply and in the absence or presence of pressure inside the pipes. 3. device as per claims 1-2 in which the number, strength, size, position of the magnets inside the mobile core can be changed or magnetic, ferromagnetic, diamagnetic elements can be inserted, internally or externally to it; 4. it claims the possibility of applying, internally or externally to the valve body, one or more magnetic elements, proximity sensors and any ferromagnetic elements that allow the control of the opening and closing state of the solenoid valve;