IT201600080454A1 - Dispositivo di controllo del surriscaldamento di un evaporatore di un circuito frigorifero - Google Patents

Description

DISPOSITIVO DI CONTROLLO DEL SURRISCALDAMENTO DI UN EVAPORATORE DI UN CIRCUITO FRIGORIFERO

DESCRIZIONE

Il presente trovato ha per oggetto un dispositivo di controllo del surriscaldamento di un evaporatore di un circuito frigorifero.

Nei circuiti frigoriferi, una valvola di espansione regola il flusso di refrigerante in ingresso all'evaporatore, in funzione del surriscaldamento rilevato in uscita dell'evaporatore stesso.

Sono ad oggi noti, e diffusi nel mercato, dispositivi di controllo del surriscaldamento all'evaporatore di tipo meccanico, con azionamento tramite bulbo sensibile e attuatore pneumatico a membrana, o di tipo elettronico, con valvola azionata da attuatore passo-passo a sua volta mosso da un driver esterno che misura il surriscaldamento e lo controlla tramite logica PID .

Tali dispositivi noti si basano sull'impiego di valvole a commercio del tipo "a sede ed otturatore" .

Tali dispositivi di controllo, pur noti e diffusi, presentano alcuni inconvenienti.

Un primo inconveniente è legato all'impiego di tali valvole a sede ed otturatore, le quali, in chiusura, non garantiscono la perfetta tenuta del refrigerante, con conseguente trafilamento del liquido all'evaporatore e rischio di rottura del compressore al riavvio: è necessario per alcune applicazioni aggiungere in serie una valvola di intercettazione, con conseguente aggravio dei costi dovuti all'aggiunta di un componente e alla successiva gestione dello stesso.

Un secondo inconveniente è costituito dall'impiego di valvole di espansione elettroniche, le quali hanno bisogno di un regolatore esterno (driver) che agisca sull'attuatore della valvola stessa; l'adozione di una simile valvola impone l'ingombro del regolatore esterno, il quale richiede uno spazio aggiuntivo sul quadro elettrico della macchina frigorifera e relativi cablaggi aggiuntivi .

Un terzo inconveniente delle valvole a sede e otturatore è legato al fatto che queste presentano un andamento della portata minima "a gradino" per la prima apertura dell'otturatore, a causa dell'area della corona circolare scoperta dall'otturatore al suo minimo scostamento: la dimensione della corona circolare, e quindi della portata minima, è legata alla dimensione del foro di passaggio e dell'otturatore; tale gradino inficia la continuità della regolazione, e quindi l'ottimizzazione del funzionamento del sistema di controllo .

Un ulteriore inconveniente delle valvole a sede ed otturatore è costituito dal fatto che queste sono più sensibili a fenomeni di sporcamento (inserimento di impurità tra otturatore e sede) e di formazione di ghiaccio tra elementi mobili e fissi .

Un altro inconveniente delle valvole a sede ed otturatore è costituito dal fatto che la differenza di pressione che agisce all'interno della valvola sollecita meccanicamente lo stelo che muove l'otturatore, condizionandone la durata. Un altro inconveniente tipico delle valvole di espansione elettroniche, è costituito dal fatto che in mancanza di tensione di alimentazione, non possono essere azionate.

Inoltre, le valvole di espansione elettroniche non forniscono segnali di riscontro della reale posizione dell'otturatore, quindi eventuali bloccaggi non sono rilevabili.

Le valvole di espansione elettroniche non hanno sensori per la misura di grandezze fisiche quali potenza frigorifera istantanea allo scambiatore, rendendo impossibile una diagnostiche dell'efficienza dello stesso o il calcolo reale del COP (Coefficent Of Permformance ).

Il compito del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo di controllo del surriscaldamento di un evaporatore di un circuito frigorifero capace di ovviare ai citati inconvenienti dei dispositivi con valvola a sede e otturatore di tipo noto.

Nell'ambito di tale compito, uno scopo del trovato è quello di mettere a punto un dispositivo che annulli i rischi di trafilamento di liquido refrigerante a valvola chiusa, e i conseguenti rischi di rottura del compressore al riavvio.

Un altro scopo del trovato è quello di mettere a punto un dispositivo che non determini maggiori ingombri all'interno di un quadro elettrico di controllo della macchina frigorifera su cui è allestito .

Ancora uno scopo del trovato è quello di mettere a punto un dispositivo capace di assicurare un più preciso controllo sulla portata anche in fase di prima apertura della valvola.

Ancora uno scopo del trovato è quello di mettere a punto un dispositivo meno sensibile ai fenomeni di sporcamento e di formazione di ghiaccio.

Un ulteriore scopo del trovato è quello di mettere a punto un dispositivo azionabile anche in assenza di alimentazione elettrica.

Un altro scopo del trovato è quello di mettere a punto un dispositivo non solo più efficiente ma anche più duraturo nel tempo.

Un altro scopo del trovato è quello di mettere a punto un dispositivo in cui siano rilevabili eventuali bloccaggi dell'otturatore.

Un ulteriore scopo del trovato è quello di mettere a punto un dispositivo che consenta una diagnostica dello scambiatore del circuito frigorifero in cui è allestito ed il calcolo del coefficiente di prestazione (C.O.P.).

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un dispositivo di controllo del surriscaldamento di un evaporatore di un circuito frigorifero secondo la rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, del dispositivo di controllo del surriscaldamento di un evaporatore in un circuito frigorifero secondo il trovato, illustrata, a titolo indicativo e non limitativo, negli uniti disegni, in cui:

- la figura 1 illustra una vista prospettica di un dispositivo secondo il trovato;

- la figura 2 rappresenta uno schema d'applicazione di un dispositivo secondo il trovato;

- la figura 3 rappresenta uno spaccato prospettico di un componente di un dispositivo secondo il trovato;

- la figura 3a rappresenta un elemento del componente di figura 3;

- la figura 4 rappresenta una vista laterale schematica di un dispositivo secondo il trovato. Con riferimento alle figure citate, un dispositivo di controllo del surriscaldamento di un evaporatore di un circuito frigorifero secondo il trovato è indicato nel suo complesso con il numero 10 .

Tale dispositivo 10 comprende:

- una sonda di temperatura 11 e una sonda di pressione 12 da disporre su una linea di fluido di scambio termico 13 a valle di un evaporatore 14, - una valvola a sfera 15 posta ad intercettare il fluido di scambio termico su una linea 16 a monte dell'evaporatore 14,

- un attuatore di rotazione 17 per l'otturatore 18 di detta valvola a sfera 15, con regolatore di surriscaldamento integrato 19, interconnesso con dette sonde di temperatura 11 e pressione 12.

In figura 1 è esemplificato un generico circuito frigorifero 20, comprendente, oltre all'evaporatore 14, anche un compressore 21 ed una unità di condensazione 22.

Il dispositivo 10 può comprendere anche un trasduttore di portata 23 per la misura della potenza erogata dallo scambiatore, e quindi di monitorarne il coefficiente di prestazione (C.O.P) e la variazione dell'efficienza nel tempo.

La valvola a sfera 15 presenta guarnizioni 24 e 25 in materiale compatibile con la tipologia di fluido refrigerante o olio lubrificante, presenti all'interno del circuito frigorifero 20.

Ad esempio la valvola a sfera 15 comprende

- prime guarnizioni 24, di tenuta in corrispondenza del perno 26 di manovra dell'otturatore sferico 18, realizzate in HNBR o Neoprene, o altra materia plastica simile ed equivalente,

- e seconde guarnizioni 25, di tenuta in corrispondenza dell'otturatore sferico 18, realizzate in PTFE, o altra materia plastica simile ed equivalente.

Tale valvola a sfera 15 è del tipo comprendente, in corrispondenza di una bocca d'ingresso 27, o di una opposta bocca d'uscita 27a, del corpo valvola 28, un disco sagomato di regolazione del flusso 29, atto a conferire alla valvola 15 la peculiarità di presentare un rapporto tra apertura e portata di tipo 'equipercentuale '.

Tale disco di regolazione flusso 29 è da intendersi di tipo in sè noto ed è esemplificato in figura 3a.

La valvola a sfera 15, dotata del disco di regolazione 29, coniuga la semplicità e l'economicità della tradizionale valvola a sfera con la precisione e l'affidabilità nella regolazione al pari di una qualsiasi valvola a flusso avviato stelo-otturatore di tipo noto.

Il disco di regolazione 19 è realizzato in un materiale resistente alla corrosione e resistente anche meccanicamente, come può, ad esempio, essere una materia plastica.

L'attuatore di rotazione 17 per l'otturatore 18 di detta valvola a sfera 15, con regolatore di surriscaldamento integrato 19, comprende un cinematismo automatico 30 e una leva ad azionamento manuale 31.

Il cinematismo automatico 30 comprende un motore elettrico 32 montato su una unità elettronica di controllo 33 assieme ad altri componenti elettronici definenti il regolatore di surriscaldamento 19, da intendersi in sè noto.

Tale motore elettrico 32 aziona un pignone 34 che tramite una trasmissione 35, ad esempio una cascata di ingranaggi, ruota un ingranaggio condotto 36 fissato coassialmente al perno di manovra 26 dell'otturatore sferico 18 della valvola a sfera 15.

Il motore elettrico 32 con l'unità elettronica di controllo 33, il pignone 34, la trasmissione 35, e l'ingranaggio condotto 36 sono chiusi all'interno di un carter scatolare 37.

La leva di azionamento manuale 31 è anch'essa montata sul perno 26 dell'otturatore 18, all'esterno del carter scatolare 37.

In figura 4 è indicato anche un cavo di alimentazione elettrica 35 .

Un dispositivo 10 secondo il trovato, grazie alla valvola a sfera 15, garantisce la perfetta tenuta del liquido refrigerante.

Il regolatore del surriscaldamento 19 è integrato nel carter 37 contenente anche l'attuatore 17, in tal modo la valvola non necessita di regolatori esterni e quindi il sistema non necessita di spazio aggiuntivo su un quadro elettrico e di relativi cablaggi, come avviene invece nella tecnica nota.

Inoltre, grazie alla valvola a sfera 15 di tipo equipercentuale, alla prima apertura della valvola stessa non si presenta un gradino di portata rilevante, gradino che è anche sostanzialmente indipendente dalle dimensioni della valvola.

In più, l'otturatore a sfera 18 della valvola a sfera 15 strisciando costantemente contro un anello 40, che agisce da guida e da tenuta, non trattiene impurità sulla sua superficie, come avviene nelle valvole a sede e otturatore.

La valvola 15 presenta una leva di azionamento manuale 31 che, in caso di mancanza di tensione, permette ad un operatore di azionare la valvola stessa .

Il dispositivo 10 secondo il trovato presenta inoltre una maggiore durata poiché la valvola 15 presenta un otturatore a sfera 18 il quale è scarsamente sollecitato dalla differenza di pressione, con il risultato di una maggiore affidabilità meccanica del dispositivo stesso.

Il regolatore del surriscaldamento 19 integrato al motore 32 non richiede segnali di comando dedicati, ma standard tecnici quali 0 - 10V, contatti relè a bassa tensione, i più diffusi Bus digitali, senza accessori interposti.

Il dispositivo 10 secondo il trovato presenta anche un potenziometro, non rappresenta per semplicità, che misura la reale posizione dell'otturatore 18, rendendo quindi possibile la verifica di eventuali malfunzionamenti.

Si è in pratica constatato come il trovato raggiunga il compito e gli scopi preposti.

In particolare, con il trovato si è messo a punto un dispositivo di controllo del surriscaldamento di un evaporatore di un circuito frigorifero che riduce i rischi di trafilamento di liquido refrigerante a valvola chiusa, e i conseguenti rischi di rottura del compressore al riavvio.

Inoltre, con il trovato si è messo a punto un dispositivo che non determina maggiori ingombri all'interno di un quadro elettrico di controllo della macchina frigorifera su cui è allestito.

Ancora, con il trovato si è messo a punto un dispositivo capace di assicurare un più preciso controllo sulla portata anche in fase di prima apertura della valvola.

Ancora, con il trovato si è messo a punto un dispositivo meno sensibile ai fenomeni di sporcamento e di formazione di ghiaccio.

Ulteriormente, con il trovato si è messo a punto un dispositivo azionabile anche in assenza di alimentazione elettrica.

Inoltre, con il trovato si è messo a punto un dispositivo non solo più efficiente ma anche più duraturo nel tempo.

In più, con il trovato si è messo a punto un dispositivo in cui sono rilevabili eventuali bloccaggi dell'otturatore.

Infine, con il trovato si è messo a punto un dispositivo che consente una diagnostica dello scambiatore del circuito frigorifero in cui è allestito ed il calcolo del coefficiente di prestazione (C.O.P.).

Il trovato, così concepito, è 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 componenti ed 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 (9)

1. RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo (10) di controllo del surriscaldamento di un evaporatore di un circuito frigorifero, caratterizzato dal fatto di comprendere - una sonda di temperatura (11) e una sonda di pressione (12) da disporre su una linea di fluido di scambio termico (13) a valle di un evaporatore (14), - una valvola a sfera (15) posta ad intercettare il fluido di scambio termico su una linea (16) a monte dell'evaporatore, - un attuatore di rotazione (17) per l'otturatore (18) di detta valvola a sfera (15), con regolatore di surriscaldamento integrato (19), interconnesso con dette sonde di temperatura (11) e pressione (12).
2. 2) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere un trasduttore di portata (23) per la misura della potenza erogata dallo scambiatore.
3. 3) Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per il fatto che detta valvola a sfera (15) presenta guarnizioni (24, 25) in materiale compatibile con la tipologia di fluido refrigerante presente all'interno del circuito frigorifero (20).
4. 4) Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per il fatto che detta valvola a sfera (15) comprende - prime guarnizioni (24), di tenuta in corrispondenza del perno (26) di manovra dell'otturatore sferico (18), realizzate in EPDM, o altra materia plastica simile ed equivalente, - e seconde guarnizioni (25), di tenuta in corrispondenza dell'otturatore sferico (18), realizzate in PTFE, o altra materia plastica simile ed equivalente.
5. 5) Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per il fatto che detta valvola a sfera (15) è del tipo comprendente, in corrispondenza di una bocca d'ingresso (27) del corpo valvola (28), un disco sagomato di regolazione del flusso (29), atto a conferire alla valvola (15) la peculiarità di presentare un rapporto tra apertura e portata di tipo 'equipercentuale '.
6. 6) Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per il fatto che detto attuatore di rotazione (17) per l'otturatore (18) di detta valvola a sfera (15), con regolatore di surriscaldamento integrato (19), comprende un cinematismo automatico (30) e una leva ad azionamento manuale (31).
7. 7) Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per il fatto che detto cinematismo automatico (30) comprende un motore elettrico (32) montato su una unità elettronica di controllo (33) assieme ad altri componenti elettronici definenti detto regolatore di surriscaldamento (19), detto motore elettrico (32) azionando un pignone (34) che tramite una trasmissione (35) ruota un ingranaggio condotto (36) fissato coassialmente al perno di manovra (26) dell'otturatore sferico (18) della valvola a sfera (15).
8. 8) Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per il fatto che detti motore elettrico (32) con l'unità elettronica di controllo (33), pignone (34), trasmissione (35), e ingranaggio condotto (36) sono chiusi all'interno di un carter scatolare (37) .
9. 9) Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per il fatto che detta leva di azionamento manuale (31) è montata sul perno (26) dell'otturatore (18), all'esterno del carter scatolare (37).