IT201900008868A1 - Sistema nebbiogeno dotato di dispositivi di sicurezza e di regolazione della portata del fluido nebbiogeno - Google Patents

Description

Descrizione dell'Invenzione Industriale avente per titolo:

“Sistema nebbiogeno dotato di dispositivi di sicurezza e di regolazione della portata del fluido nebbiogeno”

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un sistema nebbiogeno dotato di dispositivi di sicurezza e di regolazione della portata del fluido nebbiogeno. In particolare, la presente invenzione si riferisce ad un sistema nebbiogeno ad assorbimento nullo in stand by dotato di sistemi di sicurezza passivi o in elettronica discreta, ad un sistema nebbiogeno con autoregolazione passiva della portata di fluido nebbiogeno, e ad un sistema nebbiogeno a sicurezza intrinseca contro il rischio di auto-accensione del fluido in caso di guasto.

Le apparecchiature nebbiogene (siano a scopo di antifurto o per spettacolo, schermatura, difesa ecc.) sono composte tipicamente da un serbatoio (in pressione o meno, nel qual caso sono necessariamente dotate di almeno una pompa) e da uno scambiatore di calore atto a portare in fase di vapore il liquido nebbiogeno contenuto nel serbatoio medesimo.

A seconda della potenza richiesta per l’emissione della nebbia, viene dimensionata la superficie di scambio dello scambiatore stesso.

Nel caso particolare di apparecchiature antifurto, è importante che l’apparecchio continui a funzionare anche per alcune ore nel caso venga a mancare l’alimentazione elettrica dalla rete.

Per fare ciò attualmente si dimensiona lo scambiatore con una notevole massa termica e lo si isola termicamente dall’ambiente.

Ovviamente, il sistema “capacità/resistenza” che si viene a creare con tale configurazione possiede una costante di tempo ben definita che, a partire dal momento in cui manca l’alimentazione elettrica, fa decadere le prestazioni possibili del sistema dal massimo fino a zero.

E’ anche ovvio che in condizioni di stand-by -condizione in cui l’apparecchiatura passa la stragrande maggioranza del suo tempo di vita -esiste un autoconsumo pari alle inevitabili perdite termiche dell’isolamento che nei casi reali - pur con i migliori isolanti esistenti e per una macchina in gradi di proteggere circa 300 metri cubi (come riferimento) - vanno da 30 a 120 W a seconda del produttore.

Questo autoconsumo, che apparentemente sembra irrisorio (almeno nei casi migliori) in realtà è pregno di conseguenze economiche e pratiche.

In primo luogo, un assorbimento di soli 30 W (nel caso migliore) se acceso per tutto l’anno, come accade, causa un consumo energetico di ben 260 kWh, che al costo medio attuale di circa 0,36€/kWh equivalgono a circa 100 € - indicativamente il 25% del costo di vendita alla produzione della macchina.

Su una macchina più economica, che assorbe però 80 W (caso tipico), i costi si spostano a ben 250 €/anno.

In secondo luogo, il tempo di latenza in mancanza di alimentazione elettrica è necessariamente limitato, e il rischio di furto con “scollegamento preventivo” non è del tutto annullato, se non è possibile intervenire tempestivamente nel caso manchi corrente.

Scopo della presente invenzione è risolvere i suddetti problemi della tecnica anteriore, fornendo un sistema nebbiogeno che immagazzina l’energia anziché in una massa termica da mantenere calda e isolata termicamente (con le conseguenze viste prima), accumulando l’energia in un accumulatore elettrochimico (preferibilmente al piombo acido) e estraendola rapidamente al momento dell’uso.

Per effettuare tale estrazione rapidamente -caratteristica critica e indispensabile per un’applicazione antifurto - è necessario minimizzare la massa termica dello scambiatore: infatti, la prima operazione da fare è portare in temperatura lo scambiatore stesso prima di inserire in esso il fluido nebbiogeno.

E’ evidente che la costante di tempo del sistema, in avviamento, è direttamente proporzionale al rapporto massa termica / potenza inseribile.

Sulla tecnica per mantenere basso questo rapporto, sulla tecnica per trasferire il calore con efficienza e su come mantenere controllata la temperatura del sistema verterà la presente invenzione.

I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell'invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un sistema nebbiogeno come quello descritto nella rivendicazione 1. Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l’oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Resta inteso che tutte le rivendicazioni allegate formano parte integrante della presente descrizione.

La presente invenzione verrà meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la Figura 1 è una vista schematica di una prima realizzazione preferita del sistema nebbiogeno secondo la presente invenzione;

- la Figura 2 è un grafico che rappresenta il funzionamento del sistema nebbiogeno secondo la presente invenzione; e

- la Figura 3 è una vista schematica di una seconda realizzazione preferita del sistema nebbiogeno secondo la presente invenzione.

Facendo riferimento alle Figure, sono illustrate e descritte forme di realizzazione preferita della presente invenzione. Risulterà immediatamente ovvio che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, colorazioni varie e parti con funzionalità equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell'invenzione come appare dalle rivendicazioni allegate.

Con riferimento alla Figura 1, il sistema nebbiogeno 1 della presente invenzione, nella sua forma più semplice, comprende sostanzialmente almeno una serpentina 2 di materiale conduttore (resistivo) nella quale viene fatta passare corrente elettrica da almeno una batteria 6.

Contrariamente ad altri dispositivi in cui la corrente viene controllata in modo da mantenere costante o almeno nei limiti di sicurezza la temperatura della serpentina 2 mediante termometri esterni, ovvero misura voltamperometrica della resistenza della serpentina stessa (indice della sua temperatura), ma soprattutto attraverso sistemi digitali basati su software, o firmware, (che inevitabilmente comportano un rischio di errore informatico), il sistema può essere totalmente passivo o, al limite, controllato da elettroniche di base senza informatica.

Come si vede in figura 1, nella serpentina 2 viene spinto un fluido nebbiogeno (non illustrato) tramite almeno una pompa 3 che pesca da almeno un serbatoio 5 che contiene il fluido nebbiogeno stesso.

L’alimentazione della pompa 3 è prelevata da un partitore resistivo realizzato da un secondo tratto B della serpentina 2 - tipicamente in acciaio inossidabile austenitico, ma realizzabile in qualsiasi materiale metallico con punto di fusione sufficientemente alto.

All’atto dell’alimentazione della serpentina 2 tramite il contattore della batteria 6 - ovviamente rappresentativo, ma sostituibile con sistemi SSR, Mosfet ecc.- viene alimentata direttamente la pompa 3.

Finché la serpentina 2 resta secca - e questo avviene finche la pompa 3 non si innesca e sale di pressione (indicativamente in uno o due secondi), la serpentina 2 si scalda uniformemente e, con la stessa legge, sale in proporzione la sua resistenza.

Nel momento in cui il fluido nebbiogeno entra in contatto con un primo tratto A, il suo riscaldamento e il successivo passaggio di stato impediscono al primo tratto A di surriscaldarsi, limitandone l’aumento di resistenza.

Il secondo tratto B, invece, sarà interessato solo dalla fase di vapore, che nominalmente asporta minor quantità di calore, ed esso si scalderà di più, facendo salire la tensione ai suoi capi.

Dal momento che la potenza assorbita dalla pompa 3 è irrisoria rispetto a quella della serpentina 2, la pompa 3 si troverà ad avere una tensione di alimentazione tanto più alta quanto più il secondo tratto B (surriscaldatore) si troverà “secco”, e di conseguenza aumenterà la portata fino a trovare un punto di equilibrio tra distribuzione di temperatura e portata.

Con un opportuno bilanciamento, il sistema 1 troverà il punto di lavoro che gli permetterà di emettere nebbia secca 7, autoregolandosi indipendentemente dalla temperatura esterna, da quella del fluido e in parte dallo stato di carica della batteria 6.

Con riferimento allo schema precedente di Figura 1 e al grafico di Figura 2, è stato descritto il principio di autoregolazione: occorre ora esaminare, per una maggior completezza e sicurezza operativa, cosa può succedere nei casi estremi per la sicurezza, e gli opportuni metodi di messa in sicurezza.

Come primo caso operativo, qualora avvenga un esaurimento del liquido nebbiogeno, oltre alla fine dell’erogazione potrebbe manifestarsi un surriscaldamento eccessivo della serpentina 2 per mancanza del raffreddamento.

In questo caso, la temperatura potrebbe salire fino a causare la fusione di un tratto della serpentina 2 stessa, che, essendo protetta da una guaina ignifuga, non causerebbe altri pericoli, mentre la macchina si fermerebbe.

Come secondo caso operativo, la serpentina 2 potrebbe cedere per difetti costruttivi, tipicamente nel secondo tratto B che è il più caldo.

In questo caso, la pompa 3 si troverebbe alimentata alla massima potenza, erogando il fluido nell’interruzione.

Essendo il fluido infiammabile, se portato alla temperatura di ignizione, questo potrebbe causare un principio di incendio.

Per ovviare a ciò, il sistema nebbiogeno 1 della presente invenzione potrò quindi venir dotato di una protezione passiva.

A questo proposito, la serpentina 2 viene immersa in un materiale inerte e all’interno di un contenitore sufficientemente refrattario, che la isola dall'ossigeno atmosferico.

Venendo a mancare il contatto con il comburente, la fiamma non può innescarsi ne tantomeno propagarsi.

All’atto dell’interruzione della serpentina 2, viene a mancare anche l’innesco, impedendo nuove accensioni.

Se la serpentina 2 si interrompe nel primo tratto A tutto si arresta, se si interrompe nel secondo tratto B la pompa 3 continua a immettere fluido che inzuppa l’inerte raffreddandolo.

Come alternativa, il sistema nebbiogeno 1 della presente invenzione può essere dotato di una protezione attiva, come si vede meglio in Figura 3.

A questo proposito, con l’introduzione di due componenti in elettronica discreta descritti qui di seguito si superano gli ultimi possibili inconvenienti.

Il primo stadio componente è almeno un amplificatore differenziale 11 connesso operativamente al secondo tratto B della serpentina 2, il quale, prelevando il segnale di controllo dalla serpentina 2, lo adatta (amplificandolo o riducendolo) alla giusta alimentazione della pompa 3.

Il secondo stadio componente è almeno un comparatore di soglia 13 connesso operativamente all’amplificatore differenziale 11 ed alla pompa 3, il quale, al superamento di una determinata tensione (indice dell’interruzione della serpentina 2 nel secondo tratto B), stacca l’alimentazione alla pompa 3.

In questo modo, si elimina qualsiasi rischio di accensione e si migliora il controllo della controreazione, senza introdurre elementi digitali controllati da risorse informatiche suscettibili di errori di software occulti.

Sono state illustrate e descritte in precedenza alcune forme di realizzazione preferite della presente invenzione: ovviamente, agli esperti nel ramo risulteranno immediatamente evidenti numerose varianti e modifiche, funzionalmente equivalenti alle precedenti, che ricadono nel campo di protezione dell'invenzione come evidenziato nelle rivendicazioni allegate.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema nebbiogeno (1) comprendente: - almeno un serbatoio (5) contenente fluido nebbiogeno; - almeno una pompa (3) collegata a detto almeno un serbatoio (5) e progettata per prelevare detto fluido nebbiogeno da esso; - almeno una serpentina (2) collegata a detta almeno una pompa (3) e progettata per ricevere detto fluido nebbiogeno pompato da detta pompa (3), detta serpentina (2) essendo suddivisa in un primo tratto (A) connesso a detta pompa (3) ed un secondo tratto (B) connesso a detto primo tratto (A) ed atto ad emettere nebbia secca (7) in uscita; ed - almeno una batteria (6) collegata operativamente a detta almeno una serpentina (2) e progettata per far passare corrente elettrica all’interno di detta serpentina (2) e per alimentare detta pompa (3), in cui l’alimentazione di detta pompa (3) è prelevata da un partitore resistivo realizzato da detto secondo tratto (B) della serpentina (2), e, finché la serpentina (2) resta secca, essa si scalda uniformemente e sale in proporzione la sua resistenza, mentre, nel momento in cui il fluido nebbiogeno entra in contatto con detto primo tratto (A), il suo riscaldamento e il successivo passaggio di stato impediscono al primo tratto (A) di surriscaldarsi, limitandone l’aumento di resistenza, ed il secondo tratto (B), invece, è interessato solo dalla fase di vapore, e si scalderà di più, facendo salire la tensione ai suoi capi, per cui la pompa (3) ha una tensione di alimentazione tanto più alta quanto più il secondo tratto (B) è “secco”, e di conseguenza aumenterà la portata fino a trovare un punto di equilibrio tra distribuzione di temperatura e portata.
2. 2. Sistema nebbiogeno (1) secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre: - almeno un amplificatore differenziale (11) collegato operativamente a detto secondo tratto (B), detto amplificatore differenziale (11) prelevando un segnale di controllo da detta serpentina (2) ed adattandolo, tramite amplificazione o riduzione, ad un’alimentazione di detta pompa (3); ed - almeno un comparatore di soglia (13) connesso operativamente a detto amplificatore differenziale (11) e a detta pompa (3), detto comparatore di soglia (13), al superamento di una determinata tensione, indice di interruzione di detta serpentina (2) nel secondo tratto (B), essendo progettato per staccare l’alimentazione alla pompa (3).
3. 3. Sistema nebbiogeno (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta serpentina (2) viene immersa in un materiale inerte e all’interno di un contenitore refrattario, che la isola dall'ossigeno atmosferico, con funzione antifiamma.
4. 4. Sistema nebbiogeno (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta serpentina (2) è in materiale conduttivo.
5. 5. Sistema nebbiogeno (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto partitore realizzato da detto secondo tratto (B) è in acciaio inossidabile austenitico, oppure in qualsiasi materiale metallico con punto di fusione sufficientemente alto.