ITPD20080252A1 - Struttura di valvola di regolazione perfezionata, particolarmente per la regolazione del flusso di fluidi in impianti frigoriferi - Google Patents

Description

STRUTTURA DI VALVOLA DI REGOLAZIONE PERFEZIONATA, PARTICOLARMENTE PER LA REGOLAZIONE DEL FLUSSO DI FLUIDI IN IMPIANTI FRIGORIFERI

DESCRIZIONE

Il presente trovato ha per oggetto una struttura di valvola di regolazione perfezionata, particolarmente per la regolazione del flusso di fluidi in impianti frigoriferi.

Oggigiorno, le valvole di regolazione di flusso di fluido in impianti frigoriferi presentano una struttura che comprende

<–>un corpo valvolare dotato di un'apertura di ingresso ed un'apertura di uscita per il fluido, connesse da un vano di collegamento,

<–>un dispositivo otturatore del vano di collegamento, inserito in una prevista sede definita nel corpo valvolare.

Il dispositivo otturatore comprende un pistone otturatore del vano di collegamento, operativamente connesso ad un motore elettrico.

La posizione del pistone, in uso, Ã ̈ modulata dall'azione del motore elettrico tra una posiziona di apertura ed una posizione di ostruzione del vano di collegamento.

Durante l'uso di questo tipo di valvole, l'azione del fluido sul pistone non à ̈ costante al variare della sua posizione rispetto al vano di collegamento.

Ciò implica che il dispositivo otturatore à ̈ soggetto a forze diverse a seconda della posizione imposta dal motore elettrico al pistone.

Tali forze sono sostanzialmente dovute alla differenza tra le pressioni che il fluido esercita su una faccia anteriore del pistone, rivolta al vano di collegamento, e le pressioni che il pistone sperimenta su una sua faccia posteriore, ad essa opposta.

Sono oggi noti pistoni che presentano vani di comunicazione che li attraversano mettendo in comunicazione le zone antistanti a tali facce al fine di equilibrare le pressioni su di esse agenti in determinate condizioni di funzionamento.

In particolare, il Brevetto statunitense n. US6568656, insegna a realizzare un pistone provvisto di una testa troncoconica sulla quale sono previsti uno o più fori che costituiscono bocche di comunicazione con i vani di comunicazione descritti.

Una struttura di valvola secondo l'insegnamento di tale documento brevettuale presenta tale testa troncoconica forata in predefinite posizioni, determinate al fine di minimizzare la risultante delle forze di pressione esercitate dal fluido sul pistone in uso quando questo si trova in una prescelta posizione di modulazione, rispetto al vano di comunicazione.

La determinazione di tali predefinite posizioni avviene sulla base del previsto comportamento fluidodinamico del fluido che, in uso, impegna la valvola.

Quindi, i fori sulla testa troncoconica sono realizzati in corrispondenza della zona ove il fluido avrà, in uso, una pressione che, applicata alla faccia posteriore del pistone otturatore, consente di ottenere la sostanziale equilibratura delle forze da esso sperimentate nella predefinita posizione.

Un inconveniente di una struttura di valvola realizzata secondo tale insegnamento consiste nel fatto che le forze di pressione sperimentate dal pistone durante l'uso della valvola, per quanto sostanzialmente equilibrate quando si trova nella detta predefinita posizione, risultano grandemente variabili con la modulazione della sua posizione rispetto al vano di collegamento durante l'uso della valvola.

Inoltre, una valvola realizzata secondo l'insegnamento di tale testo brevettuale risulta dedicata ad un predefinito impiego, la sua geometria essendo predeterminata in funzione delle sue condizioni di funzionamento di progetto.

Una struttura di valvola, così dedicata all'impiego in predeterminate condizioni di utilizzo, non presenta quindi una flessibilità di applicazione che oggigiorno à ̈ avvertita come un pregio sempre più marcato, volto a soddisfare le esigenze di standardizzazione che portano alla semplicità di gestione logistica ed economicità di produzione.

Il compito del presente trovato à ̈ quello di realizzare una struttura di valvola di regolazione perfezionata che consenta un'equilibratura delle pressioni sperimentate dal pistone in uso, efficace sostanzialmente nella totalità delle posizioni da esso assunte tra la posizione di apertura e quella di otturazione del vano di collegamento.

Nell'ambito di tale compito, uno scopo del trovato à ̈ quello di proporre una struttura di valvola che consenta una tempestiva sostanziale equilibratura delle pressioni sperimentate dal pistone in uso durante la modulazione della sua posizione rispetto al vano di collegamento.

Ancora uno scopo del trovato à ̈ quello realizzare una struttura di valvola che risulti impiegabile in modo equivalente con flusso, di fluido che la attraversa, invertito.

Un altro scopo del trovato à ̈ quello di proporre una struttura di valvola semplice e di facile impiego, che possa essere prodotta con costi relativamente contenuti.

Questo compito, nonchà ̈ questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da una struttura di valvola di regolazione perfezionata, particolarmente per la regolazione del flusso di fluidi in impianti frigoriferi, comprendente

<–>un corpo valvolare presentante un'apertura di ingresso ed un'apertura di uscita di fluido, connesse da un vano di collegamento,

<–>un dispositivo otturatore di detto vano, inserito in una prevista sede definita in detto corpo valvolare, e comprendente un pistone otturatore operativamente connesso ad un motore elettrico per la sua movimentazione assiale lungo un asse di scorrimento, in modo modulabile tra una posizione di apertura ed una posizione di ostruzione di detto vano,

detto pistone presentando vani di comunicazione tra una sua faccia anteriore, rivolta a detto vano, ed una sua faccia posteriore di equilibratura delle pressioni esercitate dal fluido su detta faccia anteriore,

detta struttura di valvola essendo caratterizzata dal fatto che detto pistone presenta una calotta di testa affacciata a detto vano e definente detta faccia anteriore, detti vani di comunicazione comprendendo una pluralità di fori passanti attraverso detta calotta.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di forme di esecuzione preferite, ma non esclusive, della struttura di valvola secondo il trovato, illustrate, a titolo indicativo e non limitativo, negli uniti disegni, in cui:

la figura 1 illustra una struttura di valvola secondo il trovato, in alzato laterale parzialmente sezionata;

<–>la figura 2 illustra un particolare ingrandito e parzialmente sezionato di un dispositivo otturatore di una struttura di valvola secondo il trovato;

<–>le figure 3 e 4 illustrano due forme di realizzazione alternative di una struttura di valvola secondo il trovato, in alzato laterale e parzialmente sezionata;

<–>le figure 5a e 5b illustrano rispettivamente una vista in alzato laterale ed una vista in pianta di una calotta di una struttura di valvola secondo il trovato.

E' da notare che tutto quello che nel corso della procedura di ottenimento del brevetto si rivelasse già noto, si intende non essere rivendicato ed oggetto di stralcio dalle rivendicazioni.

Con riferimento alle figure citate à ̈ globalmente indicata con 10 una struttura di valvola di regolazione perfezionata, particolarmente per la regolazione del flusso di fluidi in impianti frigoriferi, che comprende

<–>un corpo valvolare 11 presentante un'apertura di ingresso 12 ed un'apertura di uscita 13 di fluido, connesse da un vano di collegamento 14,<–>un dispositivo otturatore 15 del vano di collegamento 14, inserito in una prevista sede 16 definita nel corpo valvolare 11, e comprendente un pistone otturatore 17 operativamente connesso ad un motore elettrico 18 per la sua movimentazione assiale lungo un asse di scorrimento A, in modo modulabile tra una posizione di apertura ed una posizione di ostruzione del vano di collegamento 14.

Il pistone otturatore 17 presenta vani di comunicazione 19 tra una sua faccia anteriore 20, rivolta verso il vano di collegamento 14, ed una sua faccia posteriore 21 di equilibratura delle pressioni esercitate dal fluido sulla faccia anteriore 20.

La struttura di valvola 10 presenta una particolare peculiarità nel fatto che il pistone otturatore 17 presenta una calotta 22 di testa affacciata al vano di collegamento 14 e presentane una pluralità di fori 23, passanti attraverso lo spessore della calotta 22, che fanno parte dei vani di comunicazione 19.

La superficie esterna della calotta 22 definisce la faccia anteriore 20 del pistone otturatore 17. Vantaggiosamente, la calotta 22 presenta una struttura sostanzialmente simmetrica intorno ad un suo asse di sviluppo B, che in uso opportunamente coincide con l'asse di scorrimento A.

I fori 23 sono realizzati sulla calotta 22 a distanze radiali, dall'asse di sviluppo B, preferibilmente crescenti secondo una progressione quadratica inversa.

Ovvero, le distanze radiali dall'asse di sviluppo B, dei centri delle bocche dei fori 23 virtualmente sulla superficie esterna della calotta 22, crescono radialmente come 1/r<2>dove r à ̈ la distanza radiale dall'asse di sviluppo B.

Di più, con particolare riferimento alla figura 5b, i fori 23 presentano i centri delle loro bocche esterne, che virtualmente sono situati sulla superficie esterna della calotta 22, su circonferenze C che si distanziano reciprocamente dall'asse di sviluppo B costituendo circonferenze che suddividono in due anelli di pari area delle fasce anulari di uguale area reciproca, nelle quali à ̈ suddivisibile la proiezione in pianta della calotta 22.

Inoltre, i fori 23 sono convenientemente previsti sulla calotta 22 in gruppi 24a e 24b simmetrici rispetto all'asse di sviluppo B.

In figura 5b, Ã ̈ illustrata a titolo esemplificativo, e non limitativo, una forma realizzativa della calotta 22, secondo la quale sono previsti due primi gruppi 24a e due secondi gruppi 24b simmetrici rispetti all'asse di sviluppo B.

Opportunamente, tra i fori 23, quelli appartenenti ad un medesimo gruppo 24a o 24b, presentano assi centrali D sostanzialmente giacenti su un comune piano, E o F, radiale all'asse di sviluppo B.

In particolare, i fori 23 appartenenti al primo gruppo 24a presentano i rispettivi assi centrali D giacenti su un primo piano E radiale all'asse di sviluppo B, i fori 23 del secondo gruppo 24b presentando i rispettivi assi centrali D giacenti su un secondo piano F radiale all'asse di sviluppo B, e convenientemente ortogonale al primo piano E. Inoltre, gli assi centrali D sono localmente sostanzialmente ortogonali alla superficie esterna della calotta 22, ossia alla faccia anteriore 20 del pistone otturatore 17.

Vantaggiosamente, la calotta 22 à ̈ fissata al corpo 25 del pistone otturatore 17 tramite un accoppiamento filettato che comprende una vite 26 di fissaggio della calotta 22 ad uno stelo 27 forato in estremità e internamente filettato, atto ad accogliere la vite 26 in serraggio.

Intercalata, tra i bordi perimetrali della calotta 22 e del corpo 25, Ã ̈ prevista una rondella 28 di compressione di una guarnizione 29 atta a garantire la tenuta dell'accoppiamento perimetrale della calotta 22 serrata al corpo 25.

Il corpo 25 Ã ̈ convenientemente conformato a bicchiere e presenta

- un mantello 30 atto a scorrere in un previsto cilindro 31, l'asse del quale definisce l'asse di scorrimento A, ed

- un fondo 32 che presenta delle aperture di comunicazione 33 tra le sue due facce opposte.

Le aperture di comunicazione 33 sono parte dei vani di comunicazione 19 e, durante l'uso della struttura di valvola 10, consentono il passaggio di fluido attraverso il fondo 32 e quindi, la propagazione del suo stato di pressione dalla zona antistante alla faccia anteriore 20 ad una camera 34 che à ̈ racchiusa dal mantello 30, dal fondo 32 e dal cilindro 31, nella quale si affaccia la faccia posteriore 21.

In una prima forma realizzativa della struttura di valvola 10, illustrata a titolo esemplificativo e non limitativo nelle figure 1 e 2, la calotta 22 Ã ̈ vantaggiosamente in lamiera metallica.

Così, essa può essere agevolmente formata tramite uno stampo tranciatore.

In modo sostanzialmente equivalente, in una realizzazione alternativa, proposta a titolo esemplificativo in figura 3, la struttura di valvola 100, secondo il trovato, presenta una calotta 122 attrezzata con una filettatura interna 101 per la connessione al corpo 125 del pistone otturatore 117, corrispondentemente provvisto di una filettatura esterna 102.

In modo analogo a quanto già descritto, intercalata tra i bordi perimetrali della calotta 122 e del corpo 125, à ̈ prevista una rondella 128 di compressione di una guarnizione 129 atta a garantire la tenuta dell'accoppiamento perimetrale della calotta 122 serrata al corpo 125 del pistone otturatore 117.

In una ulteriore alternativa forma di esecuzione della struttura di valvola 200, secondo il trovato, illustrata in figura 4 a titolo di esempio non limitativo, il dispositivo otturatore 215 comprende un pistone otturatore 217 che comprende in corpo unico una calotta 222, il tutto opportunamente in materia plastica.

Fori 223 sono realizzati sulla calotta 222, secondo la disposizione già descritta, i loro assi centrali D essendo sostanzialmente perpendicolari alla superficie esterna della calotta 222.

Vantaggiosamente, sulla calotta 22, 122 o 222 sono realizzate tre corone di rispettivi fori 23, 123 e 223 le cui bocche esterne presentano i centri su tre circonferenze C, come esemplificato in figura 5b.

In tal caso, le tre circonferenze C, rappresentate il linea tratteggiata, opportunamente presentano distanze radiali dall'asse di sviluppo B tali da suddividere in due anelli di pari area ognuna di tre fasce anulari G, H e I concentriche e complementari nelle quali à ̈ suddivisa la proiezione in pianta della calotta 22, 122 o 222, a titolo esemplificativo in figura 5b tali fasce anulari G, H e I sono delimitate dalle linee tratto-punto.

Il raggio minore della prima fascia anulare G Ã ̈ determinato a seconda della geometria della forma realizzativa della calotta, ad esempio per la calotta 22 tale raggio coincide con il raggio del perimetro esterno 35 della sede di impegno della vite 26.

Il raggio maggiore della terza fascia anulare I, coincide con il raggio del bordo perimetrale 36 della faccia anteriore 20, e nel caso della calotta 22 con il suo bordo perimetrale esterno. Preferibilmente i fori 23, 123 e 223 sono sostanzialmente cilindrici con diametro di 1mm.

Il funzionamento della struttura di valvola 10, secondo il trovato, Ã ̈ il seguente.

Si noti che il funzionamento delle strutture di valvola di regolazione 100 e 200, secondo il trovato, à ̈ analogo e per questo non sarà ulteriormente illustrato.

Durante la modulazione della posizione del pistone otturatore 17 rispetto al vano di collegamento 14, il fluido che attraversa il corpo valvolare 11 esercita una pressione variabile nel tempo e disuniforme sulla faccia anteriore 20.

In particolare, variano nel tempo la pressione statica e la componente di pressione dovuta all'effetto idrodinamico che vengono sperimentate, in modo disuniforme, dalla faccia anteriore 20 del pistone otturatore 17.

La forza risultante da tali pressioni può essere scomposta in una componente ortogonale all'asse di scorrimento A, ed una componente ad essa parallela.

La componente ortogonale che il pistone otturatore 17 sperimenta, risulta equilibrata dalle reazioni vincolari dei mezzi di supporto radiale che lo mantengono coassiale all'asse di scorrimento A.

In uso, il fluido che impegna i vani di comunicazione 19 ed in particolare i fori 23 e le aperture di comunicazione 33, trasmette le condizioni di pressione totale del fluido insistente sulla faccia anteriore 20 al fluido insistente sulla faccia posteriore 21.

Per pressione totale si intenda la somma algebrica della componente di pressione statica e della componente di pressione dovuta all'effetto idrodinamico.

In tal modo la risultante delle forze sperimentate dal pistone otturatore 17 lungo l'asse di scorrimento A Ã ̈ data dalla somma algebrica della detta componente parallela e della forza di pressione che il fluido esercita, parallelamente all'asse di scorrimento A, sulla faccia posteriore 21.

Prove di laboratorio hanno sorprendentemente rivelato che tale risultante delle forze sperimentate dal pistone otturatore 17 lungo l'asse di scorrimento A, al variare della modulazione di apertura del vano di collegamento 14, risulta mediamente minore della medesima risultante sperimentata da pistoni otturatori di strutture di valvole oggi note.

Tale risultato à ̈ consentito dalla disposizione radialmente uniforme dei fori 23, rispetto all'asse di sviluppo B della calotta, che in uso à ̈ sostanzialmente coincidente con l'asse di scorrimento A.

Infatti, così il fluido che interessa i fori 23 durante l'uso della struttura di valvola 10, trasmette al fluido nella camera 34 le condizioni di pressione sperimentate dalla calotta 22 nelle zone ad essi corrispondenti.

In tal modo, una struttura di valvola 10, secondo il trovato, consente di ottenere una pressione del fluido insistente sulla faccia posteriore 21 del pistone otturatore 17, che approssima con notevole accuratezza la pressione sperimentata dalla sua faccia anteriore 20, sostanzialmente equilibrandola.

Inoltre, sorprendentemente, il comportamento della struttura di valvola, secondo il trovato, risulta sostanzialmente equivalente invertendo il verso di deflusso del fluido.

Più in particolare, il descritto effetto di equilibratura delle forze di pressione lungo l'asse di scorrimento A, risulta sostanzialmente altrettanto efficace quando il fluido entra nella struttura di valvola 10 dall'apertura di uscita 13 uscendone dall'apertura di ingresso 12.

Si à ̈ in pratica constatato come il trovato raggiunga il compito e gli scopi preposti realizzando una struttura di valvola di regolazione perfezionata che consente un'equilibratura delle pressioni sperimentate dal pistone in uso, efficace sostanzialmente nella totalità delle posizioni da esso assunte tra la posizione di apertura e quella di otturazione del vano di collegamento, a prescindere dal verso di deflusso del fluido che la attraversa.

Inoltre, una struttura di valvola secondo il trovato consente una tempestiva sostanziale equilibratura delle pressioni sperimentate dal pistone in uso durante la modulazione della sua posizione rispetto al vano di collegamento, grazia alla diffusione dei fori ed all'ampiezza dei vani di comunicazione.

Il trovato, così concepito, à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni e le forme contingenti, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e dello stato della tecnica.

Ove le caratteristiche e le tecniche menzionate in qualsiasi rivendicazione siano seguite da segni di riferimento, tali segni sono stati apposti al solo scopo di aumentare l'intelligibilità delle rivendicazioni e di conseguenza tali segni di riferimento non hanno alcun effetto limitante sull'interpretazione di ciascun elemento identificato a titolo di esempio da tali segni di riferimento.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1) Struttura di valvola (10, 100, 200) di regolazione perfezionata, particolarmente per la regolazione del flusso di fluidi in impianti frigoriferi, comprendente <–>un corpo valvolare (11) presentante un'apertura di ingresso (12) ed un'apertura di uscita (13) di fluido, connesse da un vano di collegamento (14), <–>un dispositivo otturatore (15) di detto vano di collegamento (14), inserito in una prevista sede (16) definita in detto corpo valvolare (11), e comprendente un pistone otturatore (17, 117) operativamente connesso ad un motore elettrico (18) per la sua movimentazione assiale lungo un asse di scorrimento (A), in modo modulabile tra una posizione di apertura ed una posizione di ostruzione di detto vano di collegamento (14), detto pistone otturatore (17, 117) presentando vani di comunicazione (19) tra una sua faccia anteriore (20), rivolta a detto vano di collegamento (14), ed una sua faccia posteriore (21) di equilibratura delle pressioni esercitate dal fluido su detta faccia anteriore (20), detta struttura di valvola essendo caratterizzata dal fatto che detto pistone otturatore (17, 117) presenta una calotta (22, 122, 222) di testa affacciata a detto vano di collegamento (14) e definente detta faccia anteriore (20), detti vani di comunicazione (19) comprendendo una pluralità di fori (23, 123, 223) passanti attraverso detta calotta (22, 122, 222).
2. 2) Struttura di valvola, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta calotta (22, 122, 222) presenta una struttura sostanzialmente simmetrica intorno ad un suo asse di sviluppo (B), detti fori (23, 123, 223) essendo su di essa realizzati a distanze radiali da detto asse di sviluppo (B) crescenti secondo una progressione quadratica inversa.
3. 3) Struttura di valvola, secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detti fori (23) presentano centri delle loro bocche affacciantisi esternamente a detta calotta (22), su circonferenze (C) reciprocamente distanziate rispetto detto asse di sviluppo (B) in modo da dividere in due anelli di pari area fasce anulari (G, H, I) di uguale area della superficie, nelle quali la proiezione in pianta di detta calotta (22) Ã ̈ suddivisibile.
4. 4) Struttura di valvola, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detti fori (23, 123, 223) sono previsti su detta calotta (22, 122, 222) in gruppi simmetrici rispetto a detto asse di sviluppo (B).
5. 5) Struttura di valvola, secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che tra detti fori (23, 123, 223) quelli appartenenti ad un medesimo di detti gruppi, presentano assi centrali (D) sostanzialmente giacenti su un comune piano (E, F) radiale a detto asse di sviluppo (B).
6. 6) Struttura di valvola, secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che detti assi centrali (D) sono localmente sostanzialmente ortogonali alla superficie esterna di detta calotta (22, 122).
7. 7) Struttura di valvola, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta calotta (22) Ã ̈ in lamiera metallica.
8. 8) Struttura di valvola, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta calotta (222) e detto pistone otturatore (217) sono in corpo unico.
9. 9) Struttura di valvola, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta calotta (222) Ã ̈ in materia plastica.
10. 10) Struttura di valvola, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per quanto descritto ed illustrato nelle allegate tavole di disegni.