ITTO20100497A1 - Valvola di non ritorno - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“VALVOLA DI NON RITORNOâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad una valvola di non ritorno.

Più particolarmente, l’invenzione si riferisce ad una valvola di non ritorno concepita, in particolare, per essere utilizzata nel circuito idraulico di una macchina percolatrice per la preparazione di bevande da infusione, quali caffé o the e, più generalmente, nel circuito idraulico di un sistema che, in uso, provoca una variazione delle caratteristiche del fluido operativo che percorre il circuito stesso tale da renderne altamente indesiderabile un reflusso, pur accidentale e/o di piccola entità, verso monte della valvola stessa.

Le macchine percolatici per la preparazione di bevande da infusione comprendono generalmente un circuito idraulico il quale viene percorso, in uso, da un flusso di acqua proveniente da un serbatoio e che viene opportunamente riscaldata e pressurizzata per essere alimentata ad una camera di infusione.

A tale scopo, le macchine percolatici comprendono tipicamente una pompa, una caldaia per il riscaldamento e la pressurizzazione dell’acqua. Tipicamente, l’acqua deve essere riscaldata ad una temperatura dell’ordine di 80÷100°C e portata ad una pressione che può andare da 0,2-0,4 bar fino a oltre 8÷9 bar nella fase di estrazione dell’infuso, in funzione del tipo di bevanda da estrarre.

La camera di infusione, la quale può essere definita direttamente da una cavità interna della macchina percolatrice stessa oppure da una cialda/capsula, contiene un letto di un substrato infusibile più o meno finemente suddiviso, costituito per esempio da caffé macinato, foglie di te o parti di erbe e/o frutti e via dicendo. Attraversando la camera di infusione, l’acqua calda in pressione realizza il processo di estrazione che porta all’ottenimento della bevanda da infusione, la quale viene raccolta a valle in un opportuno recipiente a tazza.

Le diverse macchine percolatici note sono basate su una varietà di principi di funzionamento differenti, generalmente legati al raggiungimento, da parte del flusso di acqua alimentato alla camera di infusione, di valori di pressione e/o temperatura minimi per l’avviamento del processo di infusione. Per esempio, sono note capsule di infusione opportunamente disegnate per consentire il flusso in uscita dell’infuso soltanto quando all’interno della capsula stessa sia stato superato un valore di pressione predeterminato, tale da garantire una diffusione ottimale all’interno del letto di substrato infusibile.

In ogni caso, il circuito idraulico di una macchina percolatrice del tipo suddescritto comprende tipicamente una valvola di non ritorno atta a consentire il flusso del fluido operativo (generalmente acqua calda in pressione) nella direzione di alimentazione alla camera di infusione solo quando venga superato un dato valore di pressione di soglia. Inoltre, poiché le caratteristiche del fluido operativo vengono fortemente alterate quando esso percola attraverso la camera di infusione, ovvero quando realizzando il processo di estrazione si trasforma, sostanzialmente, nella bevanda da infusione, risulta altamente indesiderabile che anche solo una quota parte del fluido operativo possa, per qualunque motivo, anche accidentale, ripercorrere a ritroso il circuito idraulico verso monte.

Poiché l’infuso à ̈ costituito, sostanzialmente, da una sospensione acquosa di particelle (per esempio particolato di caffé macinato, parti di foglie di the o di altri vegetali, eccetera), se esso potesse rifluire verso monte, un progressivo accumulo di tali particelle trasportate dal fluido operativo percolato potrebbe causare incrostazioni, ostruzioni e/o favorire l’insediamento di colture batteriche che si potrebbero, di conseguenza, estendere all’intero circuito idraulico.

Inoltre, anche dal punto di vista della qualità della bevanda da infusione (sapore, proprietà organolettiche, eccetera), risulta chiaramente indesiderabile che anche solo una piccola parte del fluido già percolato attraverso la camera di infusione stazioni all’interno del circuito idraulico della macchina percolatrice per poi attraversare nuovamente la camera di infusione durante una successiva fase di percolazione.

Per impedire il verificarsi di tale eventualità, à ̈ noto impiegare una valvola di non ritorno comprendente:

- un corpo definente al suo interno una cavità comunicante con un condotto percorribile, in uso, dal fluido operativo;

- un otturatore alloggiato all’interno della cavità e mobile entro la stessa tra una posizione di chiusura, nella quale impegna una relativa sede ricavata almeno parzialmente nel suddetto condotto percorribile dal fluido operativo, impedendo così il flusso del fluido tra monte e valle della valvola stessa, ed una posizione di apertura, nella quale tale flusso viene consentito.

Inoltre, l’otturatore di una tale valvola di non ritorno à ̈ caricato da mezzi elastici alloggiati all’interno della cavità e cooperanti con il corpo e l’otturatore in modo da spingere l’otturatore stesso ad impegnare la suddetta sede, ovvero nella posizione di chiusura.

Tipicamente, la sede della valvola, l’otturatore ed i mezzi elastici sono sostanzialmente allineati lungo un asse del corpo della valvola.

La geometria e disposizione reciproca di sede, otturatore e condotto percorribile dal fluido operativo della valvola sono tali per cui, in uso, il fluido che raggiunge da monte l’otturatore applica allo stesso una forza pari, sostanzialmente, al prodotto della pressione alla quale il fluido stesso à ̈ stato portato per l’area della porzione di superficie di otturatore esposta al fluido stesso. Quando tale forza risultante à ̈ sufficiente a superare l’azione resistente dei mezzi elastici, l’otturatore viene mosso assialmente in posizione di apertura, e si verifica, quindi, il passaggio di fluido operativo da monte a valle della valvola.

Tuttavia, non à ̈ infrequente che possa verificarsi, nella sezione di circuito a valle della valvola, una condizione di sovrappressione tale per cui la forza esercitata dal fluido a valle sull’otturatore, benché risultante dal prodotto della pressione di valle per un valore di area di superficie di otturatore limitato, à ̈ comunque sufficiente a superare l’azione resistente dei mezzi elastici.

In questo caso si può, di conseguenza, avere un indesiderato reflusso del fluido verso monte della valvola, con il conseguente trasporto di particolato sospeso verso una sezione del circuito idraulico che dovrebbe essere preservata da questa forma di “inquinamento†. Ciò che si verifica à ̈, a tutti gli effetti, un’apertura della valvola che, in quella specifica fase di funzionamento dell’utenza al servizio della quale la valvola stessa à ̈ installata, non à ̈ programmata.

Per altro, soprattutto nel caso di basse pressioni di lavoro o di bassi valori di carico elastico applicato all’otturatore, anche piccole alterazioni causate, per esempio, dalla presenza di singole particelle in prossimità della sede della valvola, possono determinare una chiusura imperfetta o non sufficientemente salda, agevolando così il reflusso.

Esiste, dunque, nella tecnica l’esigenza di fornire una valvola di non ritorno che consenta di superare in modo economico e semplice i suddetti svantaggi tipicamente associati alle valvole di non ritorno di tipo noto, garantendo rapidità di intervento in apertura/chiusura ed affidabilità.

In particolare, esiste nel settore l’esigenza di fornire una valvola di non ritorno che consenta di ridurre sensibilmente l’occorrenza di reflussi verso monte di fluido che possa “inquinare†la sezione del circuito idraulico a monte della valvola stessa.

Scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di fornire una valvola di non ritorno la quale consenta di soddisfare in modo semplice ed economico almeno una delle suddette esigenze.

Il suddetto scopo à ̈ raggiunto dalla presente invenzione, in quanto essa à ̈ relativa ad una valvola di non ritorno come definito nella rivendicazione 1.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, ne viene descritta nel seguito una preferita forma di attuazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento alla Figura 1 allegata, la quale illustra schematicamente una vista in sezione di una valvola di non ritorno secondo l’invenzione.

In Figura 1 à ̈ indicata nel suo complesso con 1 una valvola di non ritorno secondo l’invenzione.

La valvola di non ritorno 1 comprende un corpo principale 2, il quale comprende una bocca di ingresso 3 collegabile fluidicamente ad un condotto di ingresso di un circuito idraulico percorribile, in uso, da un fluido in pressione, ed una bocca di uscita 4 collegabile fluidicamente ad un condotto di uscita del suddetto circuito idraulico.

Più particolarmente, il corpo principale 2 comprende una porzione a tazza 5 ed una porzione tubolare 6, tra le quali à ̈ compreso un elemento a sviluppo cilindrico 7.

La porzione a tazza 5 e l’elemento a sviluppo cilindrico 7 definiscono internamente una cavità 8 comunicante con un condotto tubolare 9 definito internamente dalla porzione tubolare 6.

La cavità 8 comprende una prima porzione 10 in corrispondenza dell’elemento a sviluppo cilindrico 7 ed una seconda porzione 11 in corrispondenza della porzione a tazza 5.

La prima e seconda porzione 10,11 hanno sviluppo sostanzialmente cilindrico. In particolare, la prima porzione 10 ha un diametro inferiore al diametro della seconda porzione 11.

Nella fattispecie illustrata, la porzione tubolare 9 comprende un tratto di ingresso 12 ed un tratto di uscita 13 che si estendono lungo rispettivi assi A e B paralleli tra loro e trasversali rispetto ad un asse C della porzione a tazza 5. Inoltre, la porzione tubolare 6 comprende un tratto di raccordo 14 disposto trasversalmente al tratto di ingresso 12 e al tratto di uscita 13 e che li collega fluidicamente. Più particolarmente, il tratto di ingresso 11 si estende dalla bocca di ingresso 3 al tratto di raccordo 14, mentre il tratto di uscita si estende dal tratto di raccordo 14 alla bocca di uscita 4.

Preferibilmente, il tratto di raccordo 14 à ̈ ortogonale al tratto di ingresso 12 e al tratto di uscita 13. Più preferibilmente, il tratto di raccordo 14 à ̈ sostanzialmente coassiale con l’elemento a sviluppo cilindrico 7. Ancora più preferibilmente, gli assi A e B sono sostanzialmente ortogonali all’asse C.

Il corpo principale 2 comprende, inoltre, un coperchio 15 sostanzialmente configurato a tazza e disposto con l’apertura affacciata verso la cavità 8 interna alla porzione a tazza 5. Più particolarmente, il coperchio 15 à ̈ fissato, preferibilmente in modo rimovibile, alla porzione a tazza 5, e delimita da parte opposta alla porzione tubolare 6 la cavità 8.

Nella fattispecie illustrata, la porzione a tazza 5 comprende almeno una coppia di sporgenze periferiche 16 atte ad impegnare a scatto rispettive scanalature 17 ricavate nella superficie cilindrica del coperchio 15. Preferibilmente, le sporgenze periferiche 16 sono disposte simmetricamente rispetto allo sviluppo circonferenziale della porzione a tazza 5.

Inoltre, la valvola di non ritorno 1 comprende un otturatore 18 alloggiato all’interno della cavità 8 e mobile entro la stessa tra una posizione di chiusura, nella quale impedisce il flusso del fluido tra il tratto di ingresso 12 ed il tratto di uscita 13 e, più particolarmente, in corrispondenza di una sede 19 ricavata almeno parzialmente nel tratto di raccordo 14; ed una posizione di apertura, nella quale tale flusso viene consentito.

La valvola di non ritorno 1 comprende, inoltre, mezzi elastici 20, costituiti nella fattispecie illustrata da una molla elicoidale, alloggiati all’interno della cavità 8 e cooperanti con il corpo principale 2 e l’otturatore 18 in modo da spingere l’otturatore 18 ad impegnare la sede 19. In altre parole, i mezzi elastici 20 mantengono, in assenza di altri carichi, l’otturatore 18 nella posizione di chiusura.

Più particolarmente, l’otturatore 18 comprende una porzione a disco 21 ed uno stelo 22, sostanzialmente cilindrico, integrale con la porzione a disco 21. Inoltre, l’otturatore 18 comprende una testa 23 fissata allo stelo 22 da parte opposta alla porzione a disco 21 ed atta ad impegnare la sede 19 nella posizione di chiusura.

Più particolarmente, la testa 23 à ̈ delimitata, dalla parte opposta allo stelo 22, da una superficie 24 avente sviluppo sostanzialmente semi-sferico.

Inoltre, la sede 19 Ã ̈ definita, in corrispondenza del tratto di raccordo 14, da una rispettiva superficie 25 avente curvatura sostanzialmente semisferica e corrispondente alla curvatura della superficie 24 delimitante la testa 23.

In questo modo, la superficie 24 della testa 23 si affaccia almeno parzialmente all’interno del condotto tubolare 9 che, in uso, à ̈ percorso dal fluido operativo. Di conseguenza, il fluido operativo in pressione che percorre il condotto tubolare 9 coopera, in uso, con la superficie 24 della testa 23 applicando all’otturatore 18 una componente di forza F1 diretta lungo l’asse C, la quale componente di forza F1 à ̈ proporzionale al prodotto della pressione del fluido per l’area della porzione di superficie 24 cooperante con il fluido stesso.

Ancora più particolarmente, la porzione a disco 21 comprende una prima e una seconda superficie 26,27 opposte tra loro ed affacciate, rispettivamente, verso l’interno della prima e della seconda porzione 10,11 della cavità 8.

I mezzi elastici 20 risultano, dunque, compresi tra la seconda superficie 27 della porzione a disco 21 ed il coperchio 15.

Inoltre, la porzione a disco 21 coopera con una prima guarnizione 28 anulare destinata a fare tenuta contro la superficie interna della porzione a tazza 5 del corpo principale 2. Inoltre, lo stelo 22 coopera, dalla parte opposta alla porzione a disco 21, con una seconda guarnizione 29 anulare, destinata a fare tenuta contro la superficie interna della dell’elemento a sviluppo cilindrico 7.

In questo modo, all’interno della cavità 8 risultano individuate una prima e una seconda semicamera 30,31 fluidicamente separate tra loro. In particolare, i mezzi elastici 20 risultano alloggiati nella seconda semicamera 31.

Vantaggiosamente, la valvola di non ritorno 1 comprende, inoltre, un condotto 32 di derivazione comunicante con il condotto tubolare 9 e con la prima semicamera 30. Più particolarmente, il condotto 32 di derivazione à ̈ ricavato nell’elemento 7 a sviluppo cilindrico in una posizione a monte della sede 19 rispetto ad una direzione di alimentazione del fluido operativo dalla bocca di ingresso 3 alla bocca di uscita 4.

Preferibilmente, il condotto 32 di derivazione à ̈ trasversale all’asse A. Più preferibilmente, il condotto 32 di derivazione à ̈ sostanzialmente ortogonale all’asse A e diretto parallelamente all’asse C della porzione 5 a tazza.

In questo modo, la prima superficie 26 della porzione a disco 21 dell’otturatore 18 si affaccia almeno parzialmente all’interno della prima semicamera 30, la quale à ̈, in uso, percorribile dal fluido operativo. Di conseguenza, il fluido operativo in pressione alimentato dalla bocca di ingresso 3 a percorrere il condotto tubolare 9 coopera, vantaggiosamente, anche con la prima superficie 26 della porzione a disco 21. In uso, il fluido operativo applica, quindi, all’otturatore 18 anche una componente di forza F2 diretta lungo l’asse C, la quale componente di forza F2 à ̈ proporzionale al prodotto della pressione del fluido per l’area della porzione della prima superficie 26 cooperante con il fluido stesso.

Vantaggiosamente, l’area della prima superficie 26 esposta all’azione del fluido operativo à ̈ maggiore dell’area della porzione di superficie 24 della testa 23 esposta all’azione dello stesso fluido operativo.

In uso, il fluido operativo alimentato dalla bocca di ingresso 3 percorre il condotto tubolare 9 ed il condotto 32 di derivazione fino all’interno della semicamera 30. In questo modo, il fluido operativo esercita sull’otturatore 18 una forza F3 risultante diretta lungo l’asse C che à ̈ data sostanzialmente dalla somma dei due contributi F1 ed F2 determinati, rispettivamente, dall’interazione del fluido operativo con la superficie 24 della testa 23 e con la prima superficie 26 della porzione a disco 21.

Quando la forza F3 risultante à ̈ tale da vincere l’azione resistente dei mezzi elastici 20 – ovvero quando la pressione Psetdel fluido operativo a monte della sede 19 supera un valore di soglia predeterminato e correlabile con le caratteristiche dei mezzi elastici 20 – l’otturatore 18 viene mosso lungo il suo asse allontanando la testa 23 dalla sede 19 e consentendo, di conseguenza, il flusso del fluido operativo verso la bocca di uscita 4 ed all’utenza a valle.

Da un esame delle caratteristiche del dispositivo secondo la presente invenzione sono evidenti i vantaggi che esso consente di ottenere.

In particolare, come verrà spiegato nel seguito, viene virtualmente esclusa la possibilità che si verifichi un reflusso di fluido operativo verso monte della sede 19. I mezzi elastici 20 vengono, infatti, convenientemente dimensionati in modo da permettere il flusso del fluido attraverso la sede 19 al raggiungimento, a monte della sede 19, di una data pressione Psetdel fluido operativo. In altre parole, i mezzi elastici vengono convenientemente dimensionati in modo da applicare all’otturatore 18 un carico resistente sostanzialmente pari al prodotto della pressione Psetper la somma delle aree della prima superficie 26 della porzione a disco 21 e della porzione di superficie 24 della testa 23 esposta, in uso, al fluido operativo.

Condizione necessaria per poter avere un reflusso verso monte sarebbe, infatti, il raggiungimento, a valle di un valore di pressione del fluido operativo sensibilmente più elevato di Pset, dato che il medesimo carico resistente applicato dai mezzi elastici 20 dovrebbe essere superato dal prodotto di tale pressione di valle per la sola area esposta al fluido operativo a valle dalla testa 23 dell’otturatore 18. La costruzione della valvola di non ritorno 1 secondo l’invenzione à ̈ infatti tale per cui, da valle, il fluido operativo non ha accesso alcuno alla prima semicamera 30 e, quindi, la relativa pressione non risulta applicabile alla prima superficie 26.

Al contempo, poiché la valvola di non ritorno 1 mette a disposizione una superficie di applicazione della pressione del fluido operativo più ampia ed avente uno sviluppo simmetrico rispetto all’asse C dell’otturatore 18, la sollecitazione meccanica dell’otturatore 18 stesso risulta più omogeneamente distribuita. In questo modo, anche l’usura dell’otturatore può essere limitata e la pronta apertura al superamento della Pseta monte può essere garantita per un numero particolarmente elevato di cicli di funzionamento.

Risulta, infine, chiaro che al sistema descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti che non escono dall'ambito di protezione delle rivendicazioni indipendenti.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.- Valvola di non ritorno (1) comprendente: - un corpo principale (2) definente al suo interno una cavità (8) ed un condotto tubolare (9) percorribile da un fluido in pressione e comunicante con la detta cavità (8); - un otturatore (18) sottoposto ad un carico elastico, alloggiato all’interno della detta cavità (8) e mobile entro la stessa tra una posizione di chiusura, nella quale interrompe il flusso del fluido lungo il detto condotto (9) in corrispondenza di una sede (19), ed una posizione di apertura, nella quale tale flusso viene consentito; il detto fluido in pressione cooperando, in uso, con una prima superficie (24) del detto otturatore (18) in modo da opporsi almeno parzialmente al detto carico elastico; caratterizzata dal fatto che il detto otturatore (18) comprende una seconda superficie (26) diversa da detta prima superficie (24), il detto fluido in pressione cooperando, in uso, con la detta seconda superficie (26) a monte della sede (19) rispetto ad una direzione di alimentazione del detto fluido in modo da opporsi almeno parzialmente al detto carico elastico. 2.- La valvola secondo la rivendicazione 1, in cui il detto corpo principale (2) definisce al suo interno un condotto (32) di derivazione comunicante con detto condotto tubolare (9) e con detta cavità (8), detta seconda superficie (26) affacciandosi all’interno di detta cavità (8) verso detto condotto (32) di derivazione. 3.- La valvola secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la detta seconda superficie (26) ha un’area maggiore rispetto alla detta prima superficie (24). 4.- La valvola secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui il detto otturatore (18) comprende una porzione (21) a disco delimitata, verso il detto condotto (32) di derivazione, da detta seconda superficie (26). 5.- La valvola secondo la rivendicazione 4, in cui la detta porzione (21) a disco coopera con una prima guarnizione (28) anulare in modo da suddividere la detta cavità (8) in una prima (30) e in una seconda semicamera (31) fluidicamente separate tra loro. 6.- La valvola secondo la rivendicazione 5, in cui la detta prima semicamera (30) comunica con il detto condotto (32) di derivazione ed in cui il detto otturatore (18) à ̈ caricato elasticamente mediante mezzi elastici (20) alloggiati in detta seconda semicamera (31). 7.- La valvola secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 6, in cui il detto otturatore (18) à ̈ provvisto di uno stelo (22) compreso tra la detta porzione (21) a disco e la detta prima superficie (24). 8.- La valvola secondo la rivendicazione 7, in cui il detto stelo (22) coopera con una seconda guarnizione (29) anulare. 9.- La valvola secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui il detto corpo principale (2) comprende una porzione (5) a tazza ed un coperchio (15) reciprocamente fissati e i quali definiscono tra loro almeno parzialmente la detta cavità (8), il detto otturatore (18) essendo caricato elasticamente mediante mezzi elastici (20) disposti tra il detto coperchio (15) e l’otturatore (18) stesso.