IT202000002908A1

IT202000002908A1 - Valvola proporzionale

Info

Publication number: IT202000002908A1
Application number: IT102020000002908A
Authority: IT
Inventors: Francesco Butera; Luca Montella; Diego Andreis
Original assignee: Dolphin Fluidics S R L
Priority date: 2020-02-13
Filing date: 2020-02-13
Publication date: 2021-08-13
Also published as: US11807512B2; US20210253414A1; EP3865748A1

Description

VALVOLA PROPORZIONALE

Il presente trovato si riferisce ad una valvola proporzionale, in particolare per dispositivi di erogazione di fluidi, come ad esempio di bevande. Il presente trovato si riferisce inoltre ad una valvola di miscelazione proporzionale sempre per dispositivi di erogazione di fluidi.

Come ? noto esistono vari tipi di dispositivi per l?erogazione di fluidi. Tra questi sono certamente noti i dispositivi per l?erogazione di bevande, come ad esempio macchine ad uso domestico o erogatori commerciali che vengono adoperati nei bar o nei ristoranti. Molto spesso tali dispositivi per l?erogazione di fluidi effettuano anche miscelazioni di fluidi, quali ad esempio acqua e sciroppi, per preparare diversi tipi di bevande.

Per il corretto funzionamento dei dispositivi di erogazione di fluidi, in particolare di bevande, possono essere utilizzati vari tipi di valvole di erogazione, a seconda del tipo di fluido da erogare, ad esempio a seconda del tipo di bevanda da preparare e/o servire. Tali valvole consentono di erogare le bevande in maniera comandata. Ad esempio, ? noto utilizzare valvole cosiddette proporzionali, le quali consentono di variare, e preferibilmente di controllare, la portata del flusso della bevanda da erogare durante l?erogazione stessa.

Quando la bevanda ? il risultato di una miscelazione di due o pi? sostanze, ad esempio di acqua ed altri ingredienti quali sciroppi, vengono utilizzate valvole di miscelazione.

Un esempio di tali valvole di miscelazione ? la cosiddetta valvola ?post-mix?, che consente la preparazione in maniera espressa di una bevanda che viene ottenuta miscelando direttamente acqua e sciroppo all?atto dell?erogazione stessa della bevanda.

I dispositivi di erogazione di bevande ottenute dalla miscelazione di due o pi? ingredienti richiedono sovente l?utilizzo di valvole proporzionali che consentono di variare la portata del fluido che le attraversa, tramite appositi comandi, per ottenere il corretto grado di miscelazione in funzione della bevanda da preparare.

L?apertura della valvola proporzionale e quindi la portata del fluido che la attraversa viene modulata da attuatori appositi, che possono essere del tipo elettrico, pneumatico o idraulico.

La crescente domanda di tali dispostivi di erogazione di bevande, e la loro crescente diversificazione anche in base ai diversi tipi di fluido da erogare o di bevanda da preparare, comporta e richiede anche un continuo sviluppo tecnologico delle valvole in essi presenti, al fine di aumentare la precisione e il controllo dei parametri di erogazione e miscelazione dei fluidi.

Attualmente le valvole adottate nei suddetti dispositivi di erogazione e miscelazione presentano inconvenienti tecnici dovuti alla difficolt? di regolare con accuratezza e in tempo reale l?erogazione di liquidi, in particolare quando liquidi diversi devono essere tra loro miscelati in specifici rapporti, anche al variare delle condizioni al contorno.

Ad esempio, ? noto l?utilizzo di valvole che, per controllare la portata del flusso del liquido che le attraversa, operano variando la frequenza di apertura e chiusura dell?otturatore della valvola stessa, ad esempio attraverso una modulazione a impulsi (PWM ? Pulse Width Modulation) dell?apertura e della chiusura dell?otturatore della valvola. Tale approccio consente di regolare la portata del flusso di un fluido, a fronte per? di brusche interruzioni del flusso che comportano i cosiddetti ?colpi di ariete?, i quali a lungo andare danneggiano la valvola stessa, ed in particolare la tenuta di fluido della stessa.

Inoltre le valvole proporzionali che operano in PWM hanno tipicamente una portata limitata. Infatti per aumentare la portata di tali valvole proporzionali che operano in PWM ? necessario aumentare significativamente le potenze di attuazione, ma ci? rende tali valvole molto rumorose, poco affidabili e comporta anche elevati consumi di energia.

Compito precipuo del presente trovato consiste nel fatto di realizzare una valvola proporzionale, particolarmente per dispositivi di erogazione di fluidi, che risolva i problemi tecnici sopra esposti, ovvii agli inconvenienti e superi i limiti della tecnica nota consentendo di apportare miglioramenti di funzionamento e di durevolezza rispetto alle valvole note.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del presente trovato ? quello di realizzare una valvola proporzionale che sia pi? efficiente e che consenta un controllo pi? accurato dell?erogazione delle bevande.

Un altro scopo del trovato consiste nel fatto di realizzare una valvola proporzionale che possa essere controllata in tempo reale senza ripercussioni negative sulla fluidit? di erogazione.

Un altro scopo ancora del trovato consiste nel fatto di realizzare una valvola proporzionale che possa essere utilizzata in una valvola di miscelazione in grado di consentire una regolazione accurata ed in tempo reale dei parametri di miscelazione.

Un altro scopo del trovato consiste nel fatto di realizzare una valvola proporzionale che sia in grado di regolare in maniera accurata l?erogazione di liquidi aventi viscosit? diverse, ad esempio nell?intervallo tra 0,0001 Pa*s fino a 3 Pa*s.

Un ulteriore scopo del trovato consiste nel fatto di realizzare una valvola proporzionale che sia in grado di dare le pi? ampie garanzie di affidabilit? e sicurezza nell'uso.

Un altro scopo del trovato consiste nel fatto di realizzare una valvola proporzionale che sia facile da realizzare ed economicamente competitiva se paragonata alla tecnica nota.

Il compito sopra esposto, nonch? gli scopi accennati ed altri che meglio appariranno in seguito, vengono raggiunti da una valvola proporzionale come recitata nella rivendicazione 1.

Altre caratteristiche sono previste nelle rivendicazioni dipendenti.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente dalla descrizione di alcune forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, di una valvola proporzionale, illustrate a titolo indicativo e non limitativo con l'ausilio degli allegati disegni in cui:

la figura 1 ? una vista schematica, in sezione laterale, di una forma di realizzazione di una valvola proporzionale, secondo il trovato;

la figura 2 ? una vista prospettica, in sezione, di una parte della valvola proporzionale di figura 1;

la figura 3 ? una vista prospettica di una prima forma di realizzazione di una valvola proporzionale di miscelazione, comprendente una coppia di valvole proporzionali, secondo il trovato;

la figura 4 ? una vista prospettica di una seconda forma di realizzazione di una valvola proporzionale di miscelazione, secondo il trovato, con alcuni componenti rimossi;

la figura 5 illustra la valvola proporzionale di miscelazione di figura 4, in cui sono stati rimossi gli elementi attuatori;

la figura 6 ? una vista schematica di un dispositivo attuatore della valvola proporzionale di miscelazione di figura 4;

le figure da 7 a 9 illustrano, in vista prospettica tre diverse varianti di una valvola proporzionale di miscelazione, secondo il trovato, con alcuni componenti rimossi;

la figura 10 ? un grafico che mette a confronto tre diversi andamenti della portata in uscita da una valvola proporzionale secondo il trovato, in funzione dell?apertura della valvola stessa, al variare della geometria del foro di uscita.

Con riferimento alle figure citate, la valvola proporzionale, particolarmente per dispositivi di erogazione di fluidi, indicata globalmente con il numero di riferimento 1, comprende un corpo principale 3 in cui sono definiti un condotto di ingresso 5 per un fluido in ingresso alla valvola proporzionale 1 ed un condotto di uscita 7 per un fluido in uscita dalla valvola proporzionale 1. Il condotto di ingresso 5 e il condotto di uscita 7 sono tra loro in comunicazione di fluido.

La valvola proporzionale 1 comprende almeno un elemento otturatore 9 disposto tra il condotto di ingresso 5 e il condotto di uscita 7 atto ad intercettare il fluido nel passaggio dal condotto di ingresso 5 al condotto di uscita 7.

Tale elemento otturatore 9 comprende un elemento di tenuta di fluido mobile 90 atto ad intercettare il fluido in corrispondenza di uno tra il condotto di ingresso 5 e il condotto di uscita 7 ed un elemento a leva 92 associato ad una prima estremit? all?elemento di tenuta di fluido mobile 90 e ad una seconda estremit? ad un dispositivo attuatore 11. In particolare, l?elemento a leva 92 ? infulcrato al corpo principale 3 della valvola 1 in corrispondenza di un punto di fulcro 94 disposto in una zona intermedia tra la prima estremit? e la seconda estremit? dell?elemento a leva 92.

Il dispositivo attuatore 11 ? configurato per muovere l?elemento a leva 92 dell?elemento otturatore 9 attorno al punto di fulcro 94 in modo da muovere di conseguenza l?elemento di tenuta di fluido mobile 90 tra una posizione di apertura in cui la comunicazione di fluido tra il condotto di ingresso 5 e il condotto di uscita 7 ? consentita ed una posizione di chiusura in cui la comunicazione di fluido tra il condotto di ingresso 5 e il condotto di uscita 7 ? impedita.

In pratica, il movimento di inclinazione dell?elemento a leva 92 attorno al punto di fulcro 94 sposta progressivamente l?elemento di tenuta di fluido 90 in allontanamento da uno tra il condotto di uscita 7 (come nell?esempio illustrato) o il condotto di ingresso 5.

Secondo il trovato, il dispositivo attuatore 11 comprende un elemento attuatore 13 realizzato in un materiale a memoria di forma (cosiddetto SMA ? Shape Memory Alloy) azionabile in maniera progressiva per muovere l?elemento a leva 92 dell?elemento otturatore 9 attorno al punto di fulcro 94 cos? da variare proporzionalmente il grado di apertura dell?elemento di tenuta di fluido mobile 90 tra la posizione di apertura e la posizione di chiusura, e viceversa. La variazione del grado di apertura dell?elemento di tenuta di fluido mobile 90 consente quindi di regolare la portata del fluido in uscita dal condotto di uscita 7.

Il fluido ? preferibilmente in forma liquida, come nel caso di acqua, sciroppi o bevande, eventualmente miscelato a gas, quali anidride carbonica, come nel caso di acqua frizzante.

Vantaggiosamente, l?elemento a leva 92 dell?elemento otturatore 9 ? parzialmente alloggiato all?interno di una camera 15 ricavata nel corpo principale 3, tra il condotto di ingresso 5 e il condotto di uscita 7. Tale elemento a leva 92 sporge all?esterno della camera 15 in corrispondenza della seconda estremit? dello stesso, ovverosia in modo che la seconda estremit? dell?elemento a leva 92 sulla quale agisce l?elemento attuatore 13 sia disposta all?esterno della camera 15. L?elemento otturatore 9 comprende inoltre un elemento di tenuta di fluido fisso 96 atto a fare tenuta tra l?elemento a leva 92 e le pareti della camera 15, almeno nella zona in cui l?elemento a leva 92 sporge all?esterno della camera 15.

Preferibilmente, l?elemento di tenuta di fluido fisso 96 ? realizzato in un pezzo unico con l?elemento di tenuta di fluido mobile 90. In questo caso l?elemento di tenuta mobile 90 presenta vantaggiosamente una configurazione a disco atta ad affacciarsi al foro di uscita 70 del condotto di uscita 7, mentre l?elemento di tenuta fisso 96 presenta una configurazione a corona circolare cos? da poter essere disposto tra una coppia di pareti a guscio 150, 151 che definiscono la camera 15 nel corpo principale 3.

L?elemento di tenuta mobile 90 e l?elemento di tenuta fisso 96 sono vantaggiosamente entrambi associati all?elemento a leva 92, ad esempio per il tramite di tecniche di co-stampaggio. Infatti gli elementi di tenuta 90 e 96 possono essere realizzati in gomma o materiali polimerici morbidi e co-stampati ad un elemento a leva 92 realizzato in metallo o in materiali polimerici rigidi.

Vantaggiosamente, il dispositivo attuatore 11 comprende un dispositivo generatore di corrente elettrica 12 operativamente collegato all?elemento attuatore 13 al fine di modificarne selettivamente la forma e/o la dimensione attraverso una variazione di temperatura indotta dal passaggio di corrente elettrica all?interno dell?elemento attuatore 13.

Inoltre, la valvola proporzionale 1 comprende vantaggiosamente una scheda di controllo elettronica 17 configurata per controllare i componenti elettrici e/o elettronici della valvola 1 ed in particolare per controllare il dispositivo generatore di corrente elettrica 12. Tale scheda di controllo elettronica 17 ? preferibilmente associata al corpo principale 3, come illustrato nelle unite figure.

Come illustrato nelle unite figure, il dispositivo attuatore 11 comprende vantaggiosamente un pistone mobile 2 associato rispettivamente all?elemento attuatore 13 e all?elemento a leva 92 dell?elemento otturatore 9. Il dispositivo attuatore 11 comprende inoltre un elemento elastico di contrasto 4 atto ad esercitare una spinta su tale pistone 2, come di seguito spiegato.

Nella posizione di chiusura dell?elemento otturatore 9, l?elemento attuatore 13 in materiale a memoria di forma ? a riposo e l?elemento elastico di contrasto 4, quale ad esempio una molla elicoidale, esercita una forza di spinta sul pistone mobile 2 per tenerlo in una posizione tale da mantenere l?elemento otturatore 9 chiuso sul condotto di uscita 7 del fluido e prevenire quindi la comunicazione di fluido tra il condotto di ingresso 5 e il condotto di uscita 7.

Come spiegato anche nel prosieguo, l?azionamento dell?elemento attuatore 13 determina uno spostamento assiale del pistone mobile 2 che comporta a sua volta la rotazione dell?elemento otturatore 9 attorno al punto di fulcro 94. Tale spostamento assiale del pistone mobile 2 avviene in contrasto alla forza esercitata dall?elemento elastico di contrasto 4, il quale deve presentare un coefficiente elastico compatibile nell?uso con le forze esercitate dall?elemento attuatore 13.

Vantaggiosamente l?elemento attuatore 13 in materiale a memoria di forma ? in forma di filo 131 o di striscia.

In una forma realizzativa alternativa non illustrata, l?elemento attuatore 13 pu? assumere una configurazione a molla, ad esempio configurata per spingere o tirare il pistone mobile 2 in un verso opposto al verso in cui agisce l?elemento elastico di riscontro 4.

Vantaggiosamente i capi 131A del filo 131 in materiale a memoria di forma sono vincolati al corpo principale 3, ed in particolare ad una struttura fissa 30 solidale a tale corpo principale 3. Il filo 131 in materiale a memoria di forma ? inoltre vantaggiosamente supportato, in modo mobile ? ad eccezione dei due capi 131A, da tale struttura fissa 30 al cui interno ? mobile anche il pistone mobile 2. Vantaggiosamente il pistone mobile 2 comprende una coppia di elementi di guida 30A che guidano superiormente e inferiormente le variazioni di dimensioni del filo 131.

Il filo 131 in materiale a memoria di forma passa intorno all?estremit? esterna del pistone mobile 2, in modo che le eventuali variazioni di forma e/o dimensione del filo 131 determinino lo spostamento assiale del pistone mobile 2 e quindi l?apertura e/o la chiusura dell?elemento otturatore 9.

In pratica, il passaggio di corrente elettrica nell?elemento attuatore 13 in materiale a memoria di forma, e pi? in particolare lungo il filo 131 in materiale a memoria di forma, comporta il riscaldamento per effetto Joule di tale materiale. Tale riscaldamento tende a ridurre la lunghezza dell?elemento attuatore 13, e dal momento che esso ? vincolato al corpo principale 3 alle sue estremit?, la riduzione di lunghezza determina una spinta assiale del pistone 2 in contrasto alla forza di spinta dell?elemento elastico di contrasto 4. Il pistone 2 nel suo movimento longitudinale trascina la seconda estremit? dell?elemento a leva 92, al quale ? associato, cos? da causare la rotazione dell?elemento otturatore 9 attorno al punto di fulcro 94 e quindi a spostare l?elemento di tenuta di fluido 90 in una posizione di apertura.

Vantaggiosamente l?entit? di variazione della forma e/o della dimensione dell?elemento attuatore 13 e di conseguenza il grado di apertura dell?elemento di tenuta di fluido mobile 90 ? funzione della variazione di temperatura dell?elemento attuatore 13 e in ultima istanza della variazione di corrente elettrica che attraversa tale elemento attuatore 13.

Vantaggiosamente, la valvola proporzionale 1 comprende mezzi per rilevare una grandezza correlata al grado di apertura dell?elemento di tenuta mobile 90 dell?elemento otturatore 9.

Tali mezzi per rilevare una grandezza correlata al grado di apertura dell?elemento di tenuta mobile 90 possono comprendere sensori di posizione atti a rilevare la posizione di apertura dell?elemento di tenuta mobile 90 rispetto alla posizione di chiusura dello stesso, oppure sensori angolari atti a rilevare il grado di rotazione dell?elemento a leva 92 attorno al punto di fulcro 94.

Preferibilmente i mezzi per rilevare una grandezza correlata al grado di apertura dell?elemento di tenuta di fluido mobile 90 comprendono mezzi per rilevare il valore di resistivit? elettrica dell?elemento attuatore 13 realizzato in un materiale a memoria di forma.

In particolare, la posizione di apertura dell?elemento di tenuta mobile 90 rispetto alla posizione di chiusura dello stesso pu? essere rilevata in maniera indiretta, senza utilizzare sensori dedicati, misurando la resistenza elettrica dell?elemento attuatore 13 in materiale a memoria di forma, dalla quale ? possibile ricavare la sua lunghezza e da questa la posizione del pistone mobile 2 e di conseguenza, attraverso opportune calibrazioni, il grado di apertura dell?elemento di tenuta di fluido mobile 90.

In una ulteriore forma realizzativa vantaggiosa, pu? essere rilevata la posizione del pistone mobile 2 rispetto al corpo principale 3, ad esempio mediante sensori ottici, capacitivi, ad induzione, resistivi, ecc., e da questa ricavato il grado di apertura dell?elemento di tenuta di fluido mobile 90.

Vantaggiosamente, la scheda di controllo elettronico 17 ? configurata per ricevere in ingresso un segnale rappresentativo del grado di apertura dell?elemento di tenuta di fluido mobile 90 rispetto alla posizione di chiusura, come sopra descritto, e per controllare di conseguenza, preferibilmente sulla base di un controllo ad anello chiuso, il dispositivo generatore di corrente elettrica 12 operativamente collegato all?elemento attuatore 13 in modo da generare, regolando la corrente elettrica generata, una variazione di forma e/o dimensione dello stesso che comporta una determinata inclinazione dell?elemento a leva 92 attorno al punto di fulcro 94 e quindi un desiderato grado di apertura dell?elemento di tenuta mobile 90.

In questo modo ? possibile variare e controllare con accuratezza la portata del fluido che passa dal condotto di ingresso 5 al condotto di uscita 7, durante il funzionamento stesso della valvola proporzionale 1.

Vantaggiosamente, la scheda di controllo elettronica 17 comprende un modulo di comunicazione remota wireless (senza fili), non illustrato, atto a consentire alla stessa di comunicare e/o di essere controllata e/o programmata e/o monitorata dall?esterno della valvola proporzionale 1, attraverso un dispositivo elettronico quale, ad esempio, un computer, uno smartphone, un tablet, un PLC, una ulteriore scheda elettronica (ad esempio la scheda elettronica di controllo di una macchina per la produzione e l?erogazione di bevande, in cui la valvola 1 sia montata), ecc.

Ulteriormente, la valvola proporzionale 1 pu? comprendere vantaggiosamente un sensore di flusso 19, atto a misurare la portata del fluido che fluisce tra il condotto di ingresso 5 e il condotto di uscita 7.

Tale sensore di flusso 19 pu? essere posto in corrispondenza del condotto di ingresso 5 in modo da misurare la portata del flusso in ingresso, in alternativa il sensore di flusso 19 pu? essere posizionato in corrispondenza del condotto di uscita 7 in modo da misurare la portata del flusso in uscita dalla valvola proporzionale 1.

Vantaggiosamente la scheda elettronica 17 ? configurata per ricevere in ingresso un segnale relativo alla portata del flusso che attraversa la valvola proporzionale 1 e controllare di conseguenza, preferibilmente sulla base di un controllo ad anello chiuso, il dispositivo generatore di corrente elettrica 12 operativamente collegato all?elemento attuatore 13 in modo da generare, regolando la corrente generata, una variazione di forma e/o dimensione dello stesso, corrispondente all?inclinazione dell?elemento a leva 92 attorno al punto di fulcro 94 e pertanto corrispondente al grado di apertura dell?elemento di tenuta mobile 90, ed in ultima istanza corrispondente alla portata di fluido che si vuole ottenere.

Vantaggiosamente la valvola proporzionale 1 pu? comprendere anche un sensore di temperatura 20, a contatto con il fluido, anch?esso in comunicazione di dati con la scheda elettronica 17.

Vantaggiosamente, come illustrato in particolare nelle figure 4, 5 e 6, la valvola proporzionale 1 comprende due o pi? elementi otturatori 9, in quanto il condotto di uscita 7 (oppure, in una forma di realizzazione non illustrata, il condotto di ingresso 5, nel caso in cui l?elemento otturatore 9 agisca sul condotto di ingresso 5 comprende due o pi? fori di uscita 70, 72 (o di ingresso), laddove ciascun elemento di tenuta di fluido mobile 90 dei due o pi? elementi otturatori 9 ? atto ad intercettare il fluido in corrispondenza rispettivamente dei due o pi? fori di uscita 70, 72. Inoltre ciascuno dei due o pi? elementi otturatori 9 ? mobile selettivamente per variare il grado di apertura di ciascun elemento di tenuta di fluido mobile 90 rispetto al rispettivo foro di uscita 70, 72.

Vantaggiosamente, la valvola proporzionale 1 pu? comprendere due o pi? dispositivi attuatori 11, distinti, ciascuno configurato per operare, ovverosia per aprire e chiudere, un rispettivo elemento otturatore 9. In questo modo ? possibile variare proporzionalmente il grado di apertura di un singolo elemento otturatore 9, mantenendo l?altro completamente aperto, oppure completamente chiuso, cos? da poter parzializzare il funzionamento della valvola proporzionale 1. ? altres? prevista la possibilit? di variare contemporaneamente ma indipendentemente il grado di apertura di ciascuno dei due o pi? elementi otturatori 9.

In alternativa, come illustrato nello schema di figura 6, pu? essere previsto un singolo dispositivo attuatore 11 che comanda in maniera differenziata, ad esempio sequenziale, i due o pi? elementi otturatori 9 di cui la valvola proporzionale 1 ? provvista.

In questo caso un singolo pistone mobile 2 ? vantaggiosamente collegato ad entrambi gli elementi otturatori 9, e nello specifico ad entrambi gli elementi a leva 92, ma in maniera sfalsata. In questo modo il movimento assiale del pistone mobile 2 comporta l?apertura sequenziale dei due elementi otturatori 9, laddove l?apertura di ciascuno dei due elementi otturatori 9 avviene sempre in modo proporzionale.

Con riferimento allo schema di figura 6, pertanto, una prima porzione 21 del pistone mobile 2, sfalsata rispetto ad una seconda porzione 22 dello stesso, apre, in modo proporzionale, un primo elemento otturatore 9A, mentre l?apertura di un secondo elemento otturatore 9B, sempre in modo proporzionale, si verifica solo quando anche la seconda porzione 22 ingaggia il secondo elemento otturatore 9B. Una tale configurazione del pistone mobile 2 consente pertanto di aprire i due elementi otturatori 9A, 9B uno dopo l?altro.

Come gi? menzionato, la stessa configurazione potrebbe essere applicata in corrispondenza del condotto di ingresso 5, nel caso in cui gli elementi otturatori 9 siano atti ad intercettare il fluido in corrispondenza rispettivamente di due o pi? fori di ingresso 50.

Vantaggiosamente il condotto di uscita 7 della valvola proporzionale 1 comprende almeno un foro di uscita 74, 76 la cui sezione presenta una forma asimmetrica rispetto all?asse longitudinale di sviluppo dell?elemento a leva 92.

La selezione di una particolare forma asimmetrica della sezione del foro di uscita 74, 76 consente vantaggiosamente di selezionare diverse curve di uscita del fluido, in termini di portata, al variare del grado di apertura dell?elemento di tenuta di fluido mobile 90.

Preferibilmente, la sezione del foro di uscita 74, 76 presenta una forma che, lungo l?asse longitudinale di sviluppo dell?elemento a leva 92, si restringe in allontanamento dal punto di fulcro 94.

Il restringimento della sezione del foro 74, 76 consente di variare con maggior accuratezza la luce di uscita del fluido in funzione del grado di apertura dell?elemento otturatore 9, definendo cos? desiderati profili delle curve di uscita del fluido.

Vantaggiosamente la sezione del foro di uscita 74, 76 pu? presentare una forma sostanzialmente triangolare.

Ad esempio, come illustrato nelle figure 7 ed 8, ad esempio, la sezione del foro di uscita 74 pu? presentare una forma triangolare, con base pi? vicina al punto di fulcro 94 e vertice pi? lontano.

In alternativa, come illustrato in figura 9, la sezione del foro di uscita 76 pu? presentare una forma sostanzialmente triangolare a goccia, ovverosia con base semi-circolare pi? vicina al punto di fulcro 94 e vertice pi? lontano.

Come illustrato nelle figure 8 e 9, nonch? in figura 2, il foro di uscita 74, 76 pu? presentare un bordo 71 sporgente, o in rilievo, avente la stessa forma della sezione del foro 74, 76 e configurato per fare tenuta con un elemento di tenuta di fluido mobile 90 definito da un disco con superficie piana.

In questo caso quindi la tenuta di fluido ? conferita dal bordo 71 sporgente in appoggio con la superficie piana del disco dell?elemento di tenuta di fluido mobile 90.

In alternativa, come illustrato nella figura 8, il foro di uscita 74, avente la desiderata forma della propria sezione, pu? essere ricavato in una porzione circolare sporgente 73 del condotto di uscita 7. In questo caso l?elemento di tenuta di fluido mobile 90 ? definito da un disco che presenta, sulla faccia che si affaccia al foro 74, un rilievo sporgente di forma coincidente a quella della forma della sezione del foro 74. La tenuta di fluido ? conferita quindi dal contatto tra le due parti piane rispettivamente della porzione circolare sporgente 73 del condotto di uscita 7 e del disco di tenuta 90.

La conformazione dei fori di uscita sopra descritta pu? caratterizzare anche i fori di ingresso nel caso in cui l?elemento otturatore 9 si impegni con questi anzich? con i fori di uscita.

In figura 10 ? mostrato un grafico che illustra l?andamento della portata in uscita dalla valvola proporzionale 1 in funzione del grado di apertura dell?elemento otturatore 9 della valvola proporzionale 1 stessa al variare della geometria del foro di uscita.

Il grado di apertura della valvola 1, indicato in ascissa, va da 0% (ovverosia otturatore completamente chiuso) a 100% (ovverosia otturatore completamente aperto). La portata in uscita, indicata in ordinata, va da 0% (ovverosia assenza di flusso) a 100% (ovverosia massimo flusso che la valvola 1 ? in grado di erogare).

La curva indicata con A si riferisce all?andamento della portata nel caso di un singolo foro di uscita di sezione circolare, quale il foro 70 illustrato nella valvola di sinistra di figura 5. Come si nota, l?andamento della curva A ? molto ripido per valori di apertura della valvola inferiori al 10%. Pertanto quando si vogliono erogare portate inferiori al 30% della portata massima, l?erogazione del flusso ? eccessivamente sensibile al grado di apertura dell?elemento otturatore 9, il che rende molto impreciso il funzionamento della valvola 1 a tali regimi.

La curva indicata con C si riferisce invece all?andamento della portata nel caso di un singolo foro di uscita di sezione sostanzialmente triangolare, come nel caso dei fori 74 o 74 delle valvole riportate nelle figure 7, 8 e 9.

In questo caso si nota innanzitutto che, rispetto alla curva relativa ad un foro a sezione circolare, la curva approssima un rapporto di proporzionalit? quasi lineare tra apertura della valvola e portata in uscita. L?erogazione di portata ? distribuita infatti in maniera molto pi? uniforme nell?intero intervallo di apertura della valvola 1. Inoltre la valvola 1 in questo caso risulta molto accurata anche nell?erogazione di flusso a basse portate. Infatti a basse portate la curva C presenta una derivata significativamente inferiore rispetto alla curva A.

Un singolo foro di uscita con sezione a goccia presenta un andamento della portata comparabile a quello illustrato con riferimento alla curva C.

In figura 10 ? illustrato anche l?andamento della portata nel caso di un doppio foro di uscita di sezione circolare con apertura sequenziale, come nel caso dei fori 70 e 72 della valvola 1 di sinistra delle figure 4 e 5. In questo caso l?andamento della curva, indicata con B, presenta due comportamenti distinguibili rispettivamente tra 0% e 50% del grado di apertura, quando un elemento otturatore 9A ? aperto in modo proporzionale e l?altro elemento otturatore 9B ? completamente chiuso e tra 50% e 100% quando un elemento otturatore 9A ? completamente aperto e l?altro elemento otturatore 9B ? aperto in modo proporzionale.

Vantaggiosamente quindi la selezione di una particolare geometria della sezione del foro di uscita consente di ottenere una desiderata curva di portata del flusso in uscita.

Forma parte del presente trovato anche una valvola di miscelazione proporzionale 10 che comprende almeno due valvole in cui i fluidi in uscita da dette almeno due valvole sono tra loro miscelati, in cui almeno una di dette due valvole ? una valvola proporzionale 1 come sopra descritta.

Preferibilmente almeno due valvole della valvola di miscelazione 10 sono valvole proporzionali 1 come sopra descritte.

Vantaggiosamente, la possibilit? di intervenire con accuratezza ed in tempo reale sulla regolazione della portata di almeno una delle due o pi? valvole che compongono la valvola di miscelazione 10 consente di controllare l?erogazione di almeno uno degli ingredienti di una bevanda. Ci? consente di controllare accuratamente e in tempo reale le proporzioni degli ingredienti che formano una tale bevanda al fine di ottenere un prodotto sempre ottimale.

Un esempio del funzionamento della valvola proporzionale secondo il presente trovato ? di seguito descritto.

In condizioni normali o di riposo, la valvola proporzionale 1 ? normalmente chiusa ovvero l?elemento otturatore 9 ostruisce il passaggio del fluido dal condotto di ingresso 5 al condotto di uscita 7. Tale configurazione di chiusura della valvola proporzionale 1 ? illustrata nelle figure 1 e 2. In tali condizioni di riposo l?elemento elastico di contrasto 4 mantiene il pistone mobile 2 in una posizione tale da mantenere l?elemento otturatore 9 in posizione di chiusura sul condotto di uscita 7.

Il passaggio ad una posizione di apertura dell?elemento otturatore 9 della valvola proporzionale 1 avviene grazie al movimento assiale del pistone mobile 2, il quale ? azionato dall?elemento attuatore 13, a sua volta azionato per il tramite del generatore di corrente elettrica 12.

La variazione del valore di corrente elettrica che attraversa l?elemento attuatore 13 comporta un riscaldamento e quindi una variazione di forma e/o dimensione proporzionale dell?elemento attuatore 13 stesso e di conseguenza un?apertura progressiva e proporzionale dell?elemento otturatore 9.

L?erogazione di corrente elettrica attraverso l?elemento attuatore 13, e quindi in ultima istanza il grado di apertura dell?elemento di tenuta di fluido 90, pu? essere comandata in funzione di diversi parametri operativi della valvola proporzionale 1, quali ad esempio la portata del fluido, misurata per il tramite del sensore di flusso 19, oppure anche altri parametri ricavati preferibilmente mediante sensori collegati alla scheda elettronica di controllo 17.

Il funzionamento di una valvola di miscelazione proporzionale 10 ? anch?esso descritto in seguito, con riferimento al funzionamento della valvola proporzionale 1 sopra descritto. A titolo esemplificativo ? descritto il funzionamento di una valvola di miscelazione proporzionale 10 comprendente due valvole proporzionali 1, come quella illustrata nelle unite figure, ma ci? non esclude la possibilit? di accorpare un maggior numero di valvole proporzionali 1 in funzione del numero dei fluidi da miscelare.

Ad esempio, nel caso di una valvola proporzionale di miscelazione 10 utilizzata per l?erogazione di bevande ottenute dalla miscelazione di acqua e sciroppi, una prima valvola proporzionale 1 ? in comunicazione di fluido, per il tramite del proprio condotto di ingresso 5, ad una sorgente di acqua liscia o gasata mentre una seconda valvola proporzionale 1 ? in comunicazione di fluido, per il tramite del proprio condotto di ingresso 5, ad una sorgente di sciroppo.

La preparazione della bevanda avviene miscelando acqua e sciroppo in desiderate proporzioni, grazie alla possibilit? di poter regolare il grado di apertura di entrambe le valvole proporzionali 1 presenti nella valvola di miscelazione 10.

La portata del flusso di fluido che attraversa ciascuna valvola proporzionale 1 verr? selezionata e impostata in base alla ricetta della bevanda, ad esempio scegliendo la proporzione di sciroppo e acqua desiderata, manualmente o per tramite di ricette preimpostate nella scheda di controllo elettronica 17.

La scheda di controllo elettronica 17 pu? regolare la portata del flusso di acqua e/o di sciroppo sia in base a parametri pre-impostati che in base a valori rilevati dai sensori presenti nella valvola proporzionale 1 stessa, come ad esempio sensori di flusso 19 o sensori di temperatura 20. Si noti infatti che la densit? degli sciroppi pu? variare in funzione della temperatura degli stessi e con essa anche la viscosit? degli sciroppi. ? poi anche possibile impostare durate di erogazione predefinite durante le quali l?elemento otturatore 9 debba rimanere pi? o meno aperto.

Un'altra applicazione della valvola di miscelazione proporzionale 10 pu? riguardare i miscelatori di acqua, e la possibilit? quindi di miscelare desiderate proporzioni di acqua fredda e acqua calda per ottenere un?erogazione di acqua tiepida ad una temperatura desiderata.

Anche in questo caso, la rilevazione della temperatura dell?acqua calda e/o fredda prima della miscelazione, oppure preferibilmente dell?acqua gi? miscelata consente di controllare la miscelazione di acqua calda e fredda per garantire il raggiungimento, ed il mantenimento, di desiderate temperature dell?acqua.

Un ulteriore esempio di applicazione di una valvola proporzionale di miscelazione provvista di una, o preferibilmente due, valvola/e proporzionale/i come sopra descritta/e ? quello dell?erogazione di acqua carbonata il cui livello di carbonatazione pu? essere accuratamente controllato miscelando, in tempo reale, acqua liscia ed acqua gasata.

Si ? in pratica constatato come la valvola proporzionale, secondo il presente trovato, assolva il compito nonch? gli scopi prefissati in quanto consente di regolare con accuratezza ed in tempo reale la portata del fluido in uscita dalla valvola.

In particolare, un vantaggio dell?utilizzo di un materiale a memoria di forma per la realizzazione dell?elemento attuatore consiste nel fatto che la sua deformazione non ? impulsiva ed ? invece relativamente lenta nel tempo. Di conseguenza, anche l?apertura e la chiusura dell?elemento otturatore pu? essere ottenuta in maniera graduale e non impulsiva, permettendo cos? di prevenire i cosiddetti colpi di ariete che affliggono le valvole proporzionali di tipo noto e ne riducono drasticamente la durevolezza.

Un altro vantaggio della valvola proporzionale, secondo il trovato, consiste nel fatto di poter selezionare una desiderata curva del flusso del fluido in uscita, ad esempio selezionando opportune geometrie di fori di uscita.

Un altro vantaggio ancora della valvola proporzionale, secondo il trovato, consiste nella possibilit? di erogare il flusso in uscita in modo lineare rispetto al grado di apertura della valvola.

Un altro vantaggio ancora, della valvola proporzionale, secondo il trovato consiste nel fatto di presentare range operativi molto ampi, potendo infatti, una stessa valvola proporzionale erogare, in tempo reale e con lo stesso elevato grado di accuratezza liquidi a svariate viscosit?, senza apportare modifiche strutturali alla valvola.

Un ulteriore vantaggio della valvola proporzionale, secondo il trovato, consiste nel fatto di poter formare una valvola di miscelazione proporzionale comportante i medesimi vantaggi sopracitati.

Una valvola di miscelazione proporzionale comprendente una o preferibilmente due valvole proporzionali secondo il trovato consente di miscelare in tempo reale e con elevata accuratezza liquidi con viscosit? diverse. Ci? ? di particolare interesse nel settore dell?erogazione espressa di bevande ottenute a partire da sciroppi zuccherati oppure cosiddetti ?diet?, ovvero senza zuccheri, i quali presentano viscosit? significativamente maggiori di quelle dell?acqua con cui vengono miscelati. Gli ampi range operativi della valvola proporzionale, secondo il trovato, consentono di operare su liquidi con propriet? fisiche molto diverse tra loro in maniera altrettanto accurata.

La valvola proporzionale cos? concepita ? 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, purch? compatibili con l'uso specifico, nonch? le dimensioni e le forme contingenti potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Valvola proporzionale (1), particolarmente per dispositivi di erogazione di fluidi, comprendente un corpo principale (3) in cui sono definiti un condotto di ingresso (5) per un fluido in ingresso a detta valvola proporzionale (1) ed un condotto di uscita (7) per un fluido in uscita da detta valvola proporzionale (1), detto condotto di ingresso (5) e detto condotto di uscita (7) essendo tra loro in comunicazione di fluido, detta valvola proporzionale (1) comprendendo almeno un elemento otturatore (9) disposto tra detto condotto di ingresso (5) e detto condotto di uscita (7) atto ad intercettare detto fluido, detto elemento otturatore (9) comprendendo un elemento di tenuta di fluido mobile (90) atto ad intercettare detto fluido in corrispondenza di uno tra detto condotto di ingresso (5) e detto condotto di uscita (7) ed un elemento a leva (92) associato ad una prima estremit? a detto elemento di tenuta di fluido mobile (90) e ad una seconda estremit? ad un dispositivo attuatore (11), detto elemento a leva (92) essendo infulcrato a detto corpo principale (3) in corrispondenza di un punto di fulcro (94) disposto tra detta prima estremit? e detta seconda estremit? di detto elemento a leva (92), detto dispositivo attuatore (11) essendo configurato per muovere detto elemento a leva (92) di detto elemento otturatore (9) attorno a detto punto di fulcro (94) in modo da muovere detto elemento di tenuta di fluido mobile (90) tra una posizione di apertura in cui la comunicazione di fluido tra detto condotto di ingresso (5) e detto condotto di uscita (7) ? consentita ed una posizione di chiusura in cui la comunicazione di fluido tra detto condotto di ingresso (5) e detto condotto di uscita (7) ? impedita, caratterizzata dal fatto che detto dispositivo attuatore (11) comprende un elemento attuatore (13) realizzato in un materiale a memoria di forma azionabile in maniera progressiva per muovere detto elemento a leva (92) di detto elemento otturatore (9) attorno a detto punto di fulcro (94) cos? da variare proporzionalmente il grado di apertura di detto elemento di tenuta di fluido mobile (90) tra detta posizione di apertura e detta posizione di chiusura, e viceversa, la variazione di detto grado di apertura di detto elemento di tenuta di fluido mobile (90) consentendo di regolare la portata di detto fluido in uscita da detto condotto di uscita (7).
2) Valvola proporzionale (1), secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto elemento a leva (92) di detto elemento otturatore (9) ? parzialmente alloggiato all?interno di una camera (15) ricavata in detto corpo principale (3) tra detto condotto di ingresso (5) e detto condotto di uscita (7), detto elemento a leva (92) sporgendo all?esterno di detta camera (15) in corrispondenza di detta seconda estremit?, detto elemento otturatore (9) comprendendo inoltre un elemento di tenuta di fluido fisso (96) atto a fare tenuta tra detto elemento a leva (92) e le pareti di detta camera (15), detto elemento di tenuta di fluido fisso (96) essendo preferibilmente realizzato in un pezzo unico con detto elemento di tenuta di fluido mobile (90).
3) Valvola proporzionale (1), secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto dispositivo attuatore (11) comprende un dispositivo generatore di corrente elettrica (12) operativamente collegato a detto elemento attuatore (13) al fine di modificare selettivamente la forma e/o la dimensione di detto elemento attuatore (13) attraverso una variazione di temperatura indotta dal passaggio di corrente elettrica all?interno di detto elemento attuatore (13).
4) Valvola proporzionale (1), secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto di comprendere una scheda di controllo elettronica (17) configurata per controllare detto dispositivo generatore di corrente elettrica (12).
5) Valvola proporzionale (1), secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi per rilevare una grandezza correlata a detto grado di apertura di detto elemento di tenuta di fluido mobile (90) di detto elemento otturatore (9).
6) Valvola proporzionale (1), secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detti mezzi per rilevare una grandezza correlata a detto grado di apertura di detto elemento di tenuta di fluido mobile (90) di detto elemento otturatore (9) comprendono mezzi per rilevare il valore di resistivit? elettrica di detto elemento attuatore (13) realizzato in un materiale a memoria di forma.
7) Valvola proporzionale (1), secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto dispositivo attuatore (11) comprende un pistone mobile (2) associato rispettivamente a detto elemento attuatore (13) e a detto elemento a leva (92) di detto elemento otturatore (9), detto dispositivo attuatore (11) comprendendo inoltre un elemento elastico di contrasto (4) atto ad esercitare una spinta su detto pistone mobile (2).
8) Valvola proporzionale (1), secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere due o pi? elementi otturatori (9), detto condotto di uscita (7) comprendendo due o pi? fori di uscita (70, 72), detti due o pi? elementi otturatori (9) comprendendo ciascuno un elemento di tenuta di fluido mobile (90) atto ad intercettare detto fluido in corrispondenza rispettivamente di detti due o pi? fori di uscita (70, 72), ciascuno di detti due o pi? elementi otturatori (9) essendo mobile selettivamente per variare il grado di apertura di ciascun elemento di tenuta di fluido mobile (90) rispetto al rispettivo foro di uscita (70, 72).
9) Valvola proporzionale (1), secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto di comprendere due o pi? dispositivi attuatori (11) ciascuno atto ad operare un corrispondente elemento otturatore (9) di detti due o pi? elementi otturatori (9).
10) Valvola proporzionale (1), secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto di comprendere un singolo dispositivo attuatore (11) atto ad operare in maniera differenziata detti due o pi? elementi otturatori (9).
11) Valvola proporzionale (1), secondo la rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che detto pistone mobile (2) comprende una prima porzione (21) sfalsata rispetto ad una seconda porzione (22) di detto pistone mobile (2), detta prima porzione (21) essendo configurata per operare l?apertura e la chiusura di un primo elemento otturatore (9A) di detti due o pi? elementi otturatori (9), detta seconda porzione (22) essendo configurata per operare l?apertura e la chiusura di un secondo elemento otturatore (9B) di detti due o pi? elementi otturatori (9).
12) Valvola proporzionale (1), secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto condotto di uscita (7) comprende almeno un foro di uscita (74, 76) la cui sezione presenta una forma asimmetrica rispetto all?asse longitudinale di sviluppo di detto elemento a leva (92).
13) Valvola proporzionale (1), secondo la rivendicazione 12, caratterizzata dal fatto che la sezione di detto foro di uscita (74, 76) presenta una forma che, lungo detto asse longitudinale di sviluppo di detto elemento a leva (92), si restringe in allontanamento da detto punto di fulcro (94).
14) Valvola proporzionale (1), secondo la rivendicazione 12 o 13, caratterizzata dal fatto che la sezione di detto foro di uscita (74, 76) ? sostanzialmente triangolare.
15) Valvola di miscelazione proporzionale (10) comprendente almeno due valvole in cui i fluidi in uscita da dette almeno due valvole sono tra loro miscelati, caratterizzata dal fatto che almeno una di dette almeno due valvole ? una valvola proporzionale (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti.