IT202000016300A1 - Sistemi di sicurezza per dispositivo nebbiogeno alimentato a batteria - Google Patents
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Description
Descrizione dell?Invenzione Industriale avente per titolo:
?Sistemi di sicurezza per dispositivo nebbiogeno alimentato a batteria?
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce a sistemi di sicurezza per un dispositivo nebbiogeno alimentato a batteria.
Il Richiedente non ? a conoscenza di sistemi anteriori di questo tipo, abbinati a dispositivi nebbiogeni alimentati a batteria.
Scopo della presente invenzione ? prevedere sistemi di sicurezza per un dispositivo nebbiogeno alimentato a batteria che mantenga la stabilit? termica in un contesto di rapidi scambi energetici, che intervenga interrompendo il flusso di corrente dalla batteria nel caso in cui venga rilevata una sovra-temperatura dello scambiatore di calore del dispositivo nebbiogeno, per evitarne la fusione incontrollata.
Infatti tanto pi? grande ? la quantit? di fluido vaporizzato nell'unit? di tempo, tanto pi? instabile ? il dispositivo nebbiogeno pertanto la necessit? di avere dei sistemi di sicurezza funzionali ed efficienti ? essenziale per la realizzazione di dispositivi nebbiogeni con prestazioni elevate.
I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell?invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con sistemi di sicurezza per un dispositivo nebbiogeno alimentato a batteria come quelli descritti 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.
Risulter? immediatamente ovvio che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalit? equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell'invenzione come appare dalle rivendicazioni allegate.
La presente invenzione verr? meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- la FIG. 1 illustra una vista schematica di un sistema di sicurezza secondo la presente invenzione con i sensori in configurazione singola; e
- la FIG. 2 illustra una vista schematica di un sistema di sicurezza secondo la presente invenzione con i sensori in configurazione multipla.
La presente invenzione riguarda sistemi di sicurezza per un sistema nebbiogeno alimentato a batteria.
Nel generatore di nebbia oggetto del presente documento (non illustrato, perch? noto), una serpentina metallica cava 2 viene portata a una temperatura di diverse centinaia di gradi applicando una corrente elettrica e sfruttando quindi la generazione di calore per effetto Joule. La velocit? di variazione della temperatura ? molto elevata, superiore a un centinaio di gradi al secondo.
Al raggiungimento di una temperatura ottimale, comincia il pompaggio di fluido nebbiogeno ad un estremo 4 della serpentina 2. Tale fluido vaporizza al contatto con le pareti metalliche e viene espulso ad alta pressione all?estremo di uscita 5 opposto, ove ? eventualmente presente un ugello sagomato.
E? chiaro che il sistema deve raggiungere e mantenere la stabilit? termica in un contesto di rapidi scambi energetici, dalla batteria (non illustrata) alla serpentina 2 e da quest?ultima al fluido per attuarne il passaggio di fase: oltre a un sistema di controllo 7 che mantenga costante la temperatura di scambio termico regolando la corrente alla serpentina e/o la portata di fluido nebbiogeno, ? necessario quindi dotare la macchina (non illustrata) di uno o pi? meccanismi di sicurezza che intervengano interrompendo il flusso di corrente dalla/e batteria/e nel caso in cui venga rilevata una sovratemperatura dello scambiatore di calore o serpentina 2, per evitarne la fusione incontrollata.
I sistemi di sicurezza oggetto della presente invenzione sono i seguenti:
1) Connessione della serpentina mediante filo fusibile
Il collegamento elettrico tra uno o entrambi i capi della serpentina 2 e la relativa sorgente di alimentazione viene effettuato mediante un filo fusibile 1 di materiale a basso punto di fusione. Esempi tipici ma non limitativi sono una lega eutettica argento-ottone basso-fondente oppure molte leghe di argento per brasatura.
Durante la produzione della nebbia, il filo fusibile 1 si riscalda sia per effetto Joule sia per via del calore che gli arriva dalla serpentina 2 per conduzione termica.
Superato un determinato valore critico, generalmente compreso tra 400 ?C e 600 ?C a seconda dell?applicazione, il filo fusibile 1 si fonde interrompendo, in maniera non ripristinabile dall?utente, il passaggio di corrente. Il fatto che il nebbiogeno rimanga spento per la maggior parte del tempo elimina alla base il problema della separazione dei componenti nel caso venga utilizzata una lega metallica i cui costituenti abbiano punti di fusione differenti.
Eventuali caricamenti con molle o simili strutture, che applicano alla connessione elettrica 3 una tensione meccanica, possono essere usati per rendere l?intervento pi? rapido e netto.
2) Pilotaggio motore pompa a bassa frequenza
Il comando elettrico alla pompa del dispositivo nebbiogeno ? costituito da un?onda quadra con frequenza compresa tra 0,5 Hz e 50 Hz e duty cycle variabile. La scelta della frequenza, cos? come la variabilit? o meno della stessa durante lo sparo, viene effettuata in funzione dei parametri elettrici e fisici dell?insieme pompa / serpentina / batteria: a differenza dei normali driver che pilotano il motore a frequenze ultrasoniche o comunque nell?intorno dei 15-25 kHz, il pilotaggio a bassa frequenza permette di limitare l?instaurarsi di fenomeni di instabilit? durante il funzionamento, poich? l?alternanza del comando su scale temporali compatibili con i fenomeni di trasporto termico favorisce l?omogeneizzazione delle temperature lungo la serpentina 2.
3) Misura della corrente della serpentina
La misura di corrente pu? essere effettuata, oltre che con metodi soliti come un sense resistivo, anche con sistemi sviluppati ad-hoc quali un nucleo ferromagnetico (magari ricavato dallo stesso telaio) eventualmente accoppiato ad un sensore ad effetto Hall. Questo aumenta l?affidabilit? del sistema, poich? l?adozione di un tubo di flusso magnetico consente di posizionare il sensore vero e proprio in un punto ben riparato dal calore generato dalla serpentina 2 stessa.
4) Sensing ottico
Al raggiungimento della temperatura di circa 700 ?C, molto al di sopra della massima temperatura di funzionamento normale, la serpentina metallica 2 comincia ad emettere luce nella banda del rosso. Un sensore ottico (fotodiodo, fototransistor, fotocellula CdS) 6 opportunamente disposto all?interno dell?armadietto del dispositivo nebbiogeno e schermato dalla luce ambientale, pu? captare la luce rossa emessa dalla serpentina 2 e comandare sulla base di questa informazione l?interruzione del flusso di corrente. Per migliorare la reiezione ai disturbi pu? essere usato un filtro rosso davanti al sensore luminoso.
5) Sensing termico (resistivo)
Uno o pi? termistori 6, opportunamente disposti all?interno del dispositivo nebbiogeno, rilevano il calore della serpentina 2 per irraggiamento e possono comandare sulla base di questa informazione l?interruzione del flusso di corrente. Il termistore ? un sensore non lineare dotato di elevatissima sensibilit?: per questo pu? essere possibile posizionarlo anche dietro barriere schermanti in cui ? praticato un forellino per calibrare la quantit? di radiazione che ne raggiunge la superficie.
Un discorso simile pu? essere fatto utilizzando una termoresistenza al posto di un termistore (ad esempio un sensore Pt100 o Pt1000).
6) Sensing termico (termopila)
La termopila ? un sensore 6 che sfruttando l?effetto Seebeck genera una differenza di potenziale approssimativamente proporzionale al gradiente termico tra due giunzioni di metalli differenti. Nel caso in cui il giunto freddo venga tenuto ad una temperatura di riferimento e il giunto opposto sia ?illuminato? da una radiazione termica che ne provoca il riscaldamento, si verifica che la differenza di potenziale generata non dipende dalla lunghezza d?onda della radiazione incidente (tecnicamente questo risultato si esprime dicendo che la termopila ? un sensore di tipo termico e non di tipo quantistico). Questo ha il vantaggio che per lo stesso sensore 6 ? possibile selezionare la risposta in frequenza semplicemente applicandogli davanti un filtro ottico adeguato all?applicazione in cui lo si intende utilizzare.
Posizionando la giunzione di riferimento alla temperatura ambiente e puntando la finestrella del sensore 6 verso la serpentina 2, ? possibile misurarne la temperatura con accuratezza sufficiente e utilizzare quindi questo dato per interrompere il flusso di corrente quando necessario.
Tutte le tipologie di sensing proposte (ottico, termico-resistivo, termico-termopila) possono essere applicate in configurazione a sensore 6 singolo (Figura 1) o a sensore 6 multiplo (Figura 2) (due o pi? sensori 6 opportunamente distribuiti sulla lunghezza della serpentina 2). In questo ultimo caso ? possibile rilevare anche la distribuzione della temperatura tra il punto dello scambiatore dove avviene l?immissione del fluido e quello dove lo stesso, ormai in fase vapore, si riversa nell?ambiente esterno. Un?eventuale disomogeneit?, sebbene normalmente presente, non deve mai essere eccessiva, poich? potrebbe portare a una condizione stabile in cui un estremo della serpentina 2 si riscalda sempre di pi? mentre l?estremo opposto tende invece a rimanere freddo.
Nel caso di singolo sensore 6, questo non deve puntare necessariamente al centro della serpentina 2, ma pu? essere posizionato nel punto ritenuto pi? adatto allo scopo.
Tutte le tecnologie sopra descritte possono essere applicate contemporaneamente in qualsiasi combinazione.
Si sono descritte alcune forme preferite di attuazione dell?invenzione, ma naturalmente esse sono suscettibili di ulteriori modifiche e varianti nell?ambito della medesima idea inventiva. In particolare, 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 nelle quali, eventuali segni di riferimento posti tra parentesi non possono essere interpretati nel senso di limitare le rivendicazioni stesse. Inoltre, la parola "comprendente" non esclude la presenza di elementi e/o fasi diversi da quelli elencati nelle rivendicazioni. L?articolo ?un?, ?uno? o ?una? precedente un elemento non esclude la presenza di una pluralit? di tali elementi. Il semplice fatto che alcune caratteristiche siano citate in rivendicazioni dipendenti diverse tra loro non indica che una combinazione di queste caratteristiche non possa essere vantaggiosamente utilizzata.
Claims (13)
1. Sistema di sicurezza per dispositivo nebbiogeno alimentato a batteria, detto sistema di sicurezza essendo progettato per operare su una serpentina (2) di vaporizzazione di un fluido nebbiogeno di detto dispositivo nebbiogeno, detto sistema di sicurezza comprendendo:
- almeno un filo fusibile (1), posto ciascuno ad un capo di detta serpentina (2), detto filo fusibile (1), durante la produzione di nebbia da parte di detto dispositivo nebbiogeno, essendo atto a riscaldarsi sia per effetto Joule sia per via del calore proveniente da detta serpentina (2) per conduzione termica, detto filo fusibile (1) essendo quindi progettato per fondersi quando la sua temperatura supera un valore di soglia di fusione, interrompendo l?alimentazione di corrente elettrica dalla batteria alla serpentina (2);
- almeno un sensore (6) progettato per rilevare la temperatura di detta serpentina (2) al passaggio di corrente in essa; ed
- almeno una unit? di controllo (7) connessa operativamente a detto almeno un sensore (6).
2. Sistema di sicurezza secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto filo fusibile (1) ? realizzato con una lega eutettica argento-ottone basso-fondente oppure con una lega di argento per brasatura.
3. Sistema di sicurezza secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto di essere dotato inoltre di molle di caricamento o simili strutture, progettate per applicare ad una connessione elettrica (3) ad ogni capo di detta serpentina (2) una tensione meccanica, allo scopo di rendere l?intervento del filo fusibile pi? rapido e netto.
4. Sistema di sicurezza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto almeno un sensore (6) ? un sensore di tipo ottico, progettato per rilevare, al raggiungimento di una temperatura molto al di sopra della massima temperatura di funzionamento normale, luce nella banda del rosso emessa da detta serpentina metallica (2), detto sensore ottico (6) essendo preferibilmente un fotodiodo, un fototransistor, o una fotocellula CdS, ed essendo progettato per comandare, sulla base della luce rilevata, un?interruzione del flusso di corrente.
5. Sistema di sicurezza secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che, per migliorare la reiezione ai disturbi, viene utilizzato un filtro rosso davanti al sensore luminoso (6).
6. Sistema di sicurezza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che detto almeno un sensore (6) ? un sensore di tipo termico resistivo, composto da uno o pi? termistori progettati per rilevare il calore della serpentina (2) per irraggiamento e comandare, sulla base di questa informazione, un?interruzione del flusso di corrente.
7. Sistema di sicurezza secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto termistore ? un sensore non lineare dotato di elevatissima sensibilit?, progettato per essere posizionato dietro barriere schermanti in cui ? praticato un forellino per calibrare la quantit? di radiazione che ne raggiunge la superficie.
8. Sistema di sicurezza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che detto almeno un sensore (6) ? un sensore di tipo termico resistivo comprendente una termoresistenza, ad esempio un sensore Pt100 o Pt1000.
9. Sistema di sicurezza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che detto almeno un sensore (6) ? un sensore di tipo termico a termopila, progettato per generare, sfruttando un effetto Seebeck, una differenza di potenziale approssimativamente proporzionale al gradiente termico tra due giunzioni di metalli differenti, detto sensore (6) essendo progettato, dopo il posizionamento della giunzione di riferimento alla temperatura ambiente e puntando una finestrella del sensore (6) verso la serpentina (2), per misurare la temperatura di detta serpentina (2).
10. Sistema di sicurezza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto almeno un sensore (6) ? utilizzato in configurazione singola.
11. Sistema di sicurezza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, caratterizzato dal fatto che detto almeno un sensore (6) ? utilizzato in configurazione multipla, con due o pi? sensori (6) distribuiti sulla lunghezza della serpentina (2), detta configurazione a sensori (6) multipli consentendo di rilevare anche la distribuzione della temperatura tra il punto dello scambiatore dove avviene l?immissione del fluido e quello dove lo stesso, ormai in fase vapore, si riversa nell?ambiente esterno.
12. Sistema di sicurezza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che un comando elettrico alla pompa del dispositivo nebbiogeno ? costituito da un?onda quadra con frequenza compresa tra 0,5 Hz e 50 Hz e duty cycle variabile, permettendo di limitare l?instaurarsi di fenomeni di instabilit? durante il funzionamento del dispositivo nebbiogeno.[ML1]
13. Sistema di sicurezza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di essere dotato inoltre di un elemento di rilevamento di corrente, ad esempio un nucleo ferromagnetico accoppiato ad un sensore ad effetto Hall, detto elemento di rilevamento di corrente essendo progettato per misurare la corrente di detta serpentina (2), aumentando l?affidabilit? del sistema, l?adozione di un tubo di flusso magnetico consentendo di posizionare il sensore in un punto ben riparato dal calore generato da detta serpentina (2).
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