IT202100010346A1 - Radiatore monoblocco con sistema di vasche, camere e canalizzazioni privilegiate che consente un efficace controllo della temperatura dei liquidi presenti al suo interno - Google Patents

Description

Descrizione

A corredo di una domanda per Invenzione industriale avente per titolo:

?Radiatore monoblocco con sistema di vasche, camere e canalizzazioni privilegiate che consente un efficace controllo della temperatura dei liquidi presenti al suo interno?

La presente invenzione ha per oggetto uno scambiatore di calore monoblocco (da ora in poi anche ?radiatore?), associabile a qualsiasi tipo di motore ed applicabile, con enormi benefici, a motori che non prevedono una regolazione termostatica o a cui devono essere aggiunte valvole termostatiche esterne con enormi ingombri ed aumento sensibile del peso.

Il trovato, quindi, dall?ingombro identico a quello di un normale radiatore, grazie ad un sistema costituito da canalizzazioni, vasche e camere interne consente, attraverso un elemento termostatico, una precisa canalizzazione dei flussi dei liquidi circolanti (acqua, olio, liquido refrigerante?) in modo consentire le migliori performance del motore attraverso l?ottimizzazione delle temperature dei liquidi stessi.

Come ? noto, per poter funzionare in modo efficiente e poco inquinante, un motore a combustione interna deve raggiungere la sua temperatura di esercizio il pi? rapidamente possibile e mantenerla stabile in tutte le condizioni di funzionamento, ambientali ed operative. Per raggiungere questo obiettivo i veicoli sono dotati di un impianto di raffreddamento del motore.

Le alte temperature generate dalla combustione possono, infatti, compromettere il funzionamento di un motore. Per questo motivo il motore viene mantenuto entro i limiti di temperatura di esercizio attraverso un processo di raffreddamento che pu? avvenire tramite aria (diretta o forzata), tramite acqua o meglio con una miscela di acqua e glicole etilenico, tramite olio, o tramite sistemi combinati.

Il cuore dei sistemi di raffreddamento a liquido ? rappresentato dal radiatore che ? costituito da uno scambiatore di calore metallico atto a far raffreddare il liquido (acqua, olio, o altri liquidi) proveniente dal blocco motore. Esso ? costituito da una griglia di tubicini (nei quali transita il liquido) intervallati da alette che, cedendo efficacemente il calore del liquido alla corrente di aria esterna che vi transita, eventualmente con l'aiuto di una ventola, consentono un rapido abbassamento della temperatura del flusso di liquido deviato in esso a valvola termostatica aperta.

Non tutti i motori (a combustione o elettrici) hanno per? un sistema di regolazione della temperatura dei fluidi che consenta di raffreddare o lubrificare il motore in modo effficace.

Ci sono motori che non hanno alcun sistema di regolazione della temperatura dei fluidi in cui i circuiti di fluido lubrificante o di raffreddamento indirizzano i fluidi stessi verso i rispettivi radiatori senza possibilit? alcuna di regolarne le temperature.

Vi sono altres? sistemi che presentano una valvola termostatica sulla linea di collegamento tra motore e radiatore che consente, essa si, un controllo del flusso verso il radiatore mediante un componente aggiuntivo installato sul tratto della linea (generalmente costituita da tubazioni flessibili) che va dal motore al radiatore, ma l?installazione dei componenenti richiede tubazioni aggiuntive, nonch? ulteriori collegamenti, fonte di potenziali perdite, aumento del peso complessivo dell?installazione motopropulsiva e complicazioni nel caso di spazi e volumi ristretti disponibili per la componentistica del gruppo motopropulsivo.

Infine, vi sono motori pi? moderni che presentano una valvola termostatica interna, presentano un circuito dedicato all?interno del monoblocco o in corrispondenza del filtro dell?olio atto a dirottare il flusso dei liquidi verso i rispettivi radiatori (in caso di temperature elevate) o internamente al motore (in caso di temperature basse e in fase di riscaldamento successiva all?accensione).

Nel tempo inoltre alcune soluzioni tecniche finalizzate alla regolazione della temperatura dei fluidi all?interno dei propulsori sono state oggetto di apposite privative che si ritengono superate dal presente trovato.

Ad esempio, il brevetto US6182749B1 descrive un radiatore, il cui scopo ? quello di raffreddare l?olio lubrificante di un motore, attraverso lo scambio termico che viene a realizzarsi tra due fluidi: 1) olio e 2) liquido refrigerante. Il radiatore oggetto della seguente privativa ? un comune radiatore a piastre sovrapposte con serpentine. Ogni piastra ha 4 aperture. Due comunicanti con le serpentine nelle quali scorre liquido refrigerante e due comunicanti con serpentine nelle quali scorre olio. Il radiatore ha una piastra base inferiore ed una piastra superiore. Sulla piastra superiore sono previsti quattro fori due per ingresso e uscita del liquido refrigerante e due per ingresso e uscita dell?olio lubrificante. Un sistema valvolare realizzato in un condotto a forma di ?U? (esterno al radiatore) prevede sostanzialmente un canale di entrata di liquido refrigerante la cui portata ? determinata dall?apertura o chiusura di una valvola termostatica posizionata sul foro di uscita dell?olio. Sul foro di uscita olio di raffreddamento ? installata una valvola termostatica. Tale valvola termostatica ? gestita da un attuatore termosensibile al calore dell?olio che circola nel radiatore. All?aumentare o al diminuire della temperatura dell?olio la valvola si apre o si chiude per garantire un maggiore o minore afflusso di liquido refrigerante all?interno del radiatore.

Il brevetto US10184735B2 descrive un radiatore il cui scopo ? quello di raffreddare l?olio lubrificante di un motore o di un cambio automatico, attraverso lo scambio termico che viene a realizzarsi tra olio e liquido refrigerante. Il brevetto ha ad oggetto un radiatore a piastre sovrapposte caratterizzato da un sistema valvolare che va integrato in una struttura-collettore a forma di U, esterna al radiatore stesso. In una sua prima forma preferita di realizzazione il collettore scatolare ? posizionato sopra la piastra di copertura del radiatore a piastre. Anche in questo caso il sistema valvolare ? esterno al radiatore a piastre. Esso risulta ben visibile all?esterno del radiatore, oltretutto occupando spazio prezioso. A differenza del primo brevetto il collettore valvolare che contiene la valvola ad azionamento termico risulta particolarmente complesso oltre ad essere estremamente pesante in quanto realizzato in un solo pezzo. In tale brevetto ? la temperatura dell?olio stesso che passa all?interno del collettore valvolare, posto alla sommita del radiatore, a determinare l?apertura o meno della valvola termica permettendo o meno l?acceso dell?olio nel radiatore sottostante. A temperature basse dell? olio la valvola resta chiusa e non permette all?olio di entrare nel radiatore. Ad alte temperature dell?olio, un sensore a cera, o altro materiale sensibile al calore, permette di aprire gradualmente la valvola aprendo una luce e permettendo all?olio di accedere nel radiatore.

In forme diverse di realizzazione il collettore valvolare pu? essere posizionato sotto il radiatore dando la possibilit? oltre che di raffreddare, anche di riscaldare l?olio portandolo velocemente ad una temperatura ottimale di lavoro.

Il brevetto US4337737A1 descrive un dispositivo di raffreddamento dell'olio per un motore a combustione interna. Per regolare la quantit? di olio che passa attraverso il radiatore ? dotato prima del condotto di ingresso di un regolatore che blocca attraverso una lamina i condotti del radiatore tranne uno. Il regolatore ? composto da un elemento bimetallico di costruzione convenzionale che pu? piegarsi in misura maggiore o minore a seconda della quantit? di calore a contatto con l'elemento. L'elemento bimetallico risulta fissato ad un tappo mediante un semplice rivetto. Quando il motore a combustione interna ? freddo, anche l'olio in esso ? freddo e relativamente viscoso, e l'elemento bimetallico del regolatore chiude completamente le le estremit? dei condotti di raffreddamento, tranne quella dell?ultimo canale in basso al radiatore. Di conseguenza, l'olio tende a fluire solo attraverso quest?ultimo condotto. All'aumentare della temperatura del motore, la temperatura dell'olio aumenta corrispondentemente, il che fa s? che l'elemento bimetallico si fletta lontano dalle estremit? dei condotti precedentemente chiusi. Il brevetto in questione non spiega il funzionamento del dispositivo che comunque non consente alcun controllo dei flussi dei liquidi e della loro temperatura.

Soluzione differente d? il brevetto EP0053003A1 che prevede uno scambiatore di calore convenzionale che incorpora una valvola posta tra i suoi serbatoi di ingresso e di uscita. Tale valvola risulta costruita in modo tale che tenda ad aprirsi in risposta all'aumento della caduta di pressione del fluido tra i serbatoi di ingresso ed uscita ed in risposta ad una bassa temperatura nel fluido di raffreddamento oltre che per chiudersi in risposta a una diminuzione della caduta di pressione del fluido ed in risposta a una temperatura pi? elevata nel fluido di raffreddamento. La valvola impiega una molla precalibrata tipicamente realizzata in una lega con effetto a memoria di forma ed ? costruita in modo tale che la dimensione dell'apertura sia continuamente variabile tra una posizione completamente aperta e una posizione completamente chiusa. Durante il funzionamento, l'acqua dal blocco motore viene fatta circolare attraverso il radiatore e quando l'acqua ? fredda, la molla ? in una posizione aperta, consentendo cos? ad una proporzione sostanziale di acqua di passare direttamente all'uscita del serbatoio collettore senza essere ulteriormente raffreddata nel nucleo di tubi. Man mano che l'acqua si riscalda gradualmente mentre il motore si riscalda, la molla si allunga gradualmente chiudendo la valvola costringendo cos? l'acqua a passare attraverso il nucleo del radiatore.

Il brevetto WO03095927 descrive un dispositivo di raffreddamento che dovrebbe essere in grado di sostenere un'elevata pressione interna ed avere un'elevata efficienza di raffreddamento. Tale scopo ? raggiunto attraverso la realizzazione di un radiatore molto allungato, con entrata ed uscita del fluido posti lateralmente sul lato corto del radiatore. Prima dell?ingresso nel collettore di raccolta del radiatore, il fluido passa in una camera laterale contenente una valvola bimetallica che reagisce oltre che al calore, anche alla pressione dell?olio. La camera ha fori di entrata diretta al radiatore che possono essere chiusi dalla valvola limitando o evitando l?entrata del fluido freddo nel radiatore. All?aumentare del calore e della pressione, la valvola permette accesso diretto al corpo raffreddante del radiatore.

Il brevetto US7490662B2 descrive uno scambiatore di calore dotato di una valvola di bypass termostatica inserita all?interno di un manicotto posto nell?immediata entrata del collettore di ingresso del radiatore. La valvola termostatica con l?entrata nel manicotto del fluido ancora freddo mantiene aperta una luce di bypass attraverso la quale devia immediatamente il flusso del fluido ancora freddo intorno allo scambiatore. Questo fino a quando la temperatura del fluido ? inferiore a una temperatura target. Con l?aumentare della temperatura diventa necessario l?uso dello scambiatore di calore e la valvola chiude la luce di bypass, permettendo al fluido caldo di fluire attraverso lo scambiatore di calore, raffreddandosi mentre transita all?interno dei tubi di raffreddamento del corpo ventrale del radiatore.

Il brevetto US20110067853A1 descrive anch?esso un dispositivo di raffreddamento strutturalmente caratterizzato da un serbatoio di ingresso del fluido, un serbatoio di uscita e una pluralit? di tubi che mettono in comunicazione i due serbatoi. I tubi descritti sono realizzati in maniera tale da generare turbolenze durante il percorso del fluido al fine di garantire un piu efficace raffreddamento da parte del dispositivo di raffreddamento. Ulteriore caratteristica del dispositivo ? la presenza alla base del dispositivo di un canale di By-pass di sezione maggiorata rispetto i sovrastanti tubi che collegano i due serbatoi. Quando l?olio in entrata all?interno del dispositivo ? freddo ed ? caratterizzato da elevata viscosita, una valvola bimetallica a forma di ?U? rovesciata o in una diversa forma di realizzazione a molla con sensore termostatico, permette il passaggio del fluido all?interno del tubo di maggiore dimensioni, evitando un eccessivo aumento di pressione all?interno del sistema. Con l?aumentare della temperatura diminuendo la viscosit? dell?olio, la valvola di by-pass chiude la bocca di entrata del tubo di dimensioni maggiori costringendo l?olio caldo a passare attraverso i numerosi tubi del corpo centrale. Il brevetto ? prevalentemente rivolto a un sistema di limitazione della pressione all?interno di un impianto di lubrificazione o raffreddamento, al fine di salvaguardare l?integrit? dei componenti del radiatore rispetto a picchi di pressione. Inoltre, tecnicamente, posizionando la valvola nella prima vasca del radiatore, nel momento in cui il canale di bypass viene aperto (valvola con un sistema di apertura/chiusura repentino), viene liberata una "bolla d'aria" nel circuito essendo il canale di bypass di fatto vuoto o non spurgato fino a quel momento, limitando cos? la portata dell?invenzione.

Infine il brevetto italiano 68648A/81 prevede un radiatore che anche a velocit? ridotta del veicolo, permette a tutto il liquido di raffreddamento di attraversare il radiatore sfruttando sempre in pieno le sue potenzialit? con l?ausilio di una valvola unidirezionale tarata sulla pressione del liquido interno. La valvola risulta chiusa quando la velocit? del veicolo ? ridotta. La valvola chiusa costringe il liquido di raffreddamento a passare attraverso il corpo centrale del radiatore. Al contrario, quando la velocit? del veicolo aumenta e di conseguenza anche la pressione del liquido all?interno del radiatore, tale pressione ? tenuta sotto controllo con la valvola unidirezionale chiusa e bypassando la parte centrale del radiatore e dando possibilit? al fluido di fluire fuori del radiatore, verso il motore, attraveso un la valvola unidirezionale aperta con un percorso diretto verso l?uscita.

I radiatori oggi in commercio ed oggetto delle su elencate privative presentano diverse criticit? rappresentate, in generale, dagli ingombri e peso dei radiatori su descritti con coseguente difficolt? di alloggiamento, laddove in molti casi i sistemi valvolari sono addirittura esterni, dagli elementi accessori e dalle numerose tubazioni previste nonch? dai relativi raccordi utilizzati con comprensibili problemi di tenuta. Inoltre i radiatori su elencati oltre ad essere in molti casi complessi nella realizzazione, sono descritti, soprattutto con riferimento a quelli degli Stati Uniti, in modo del tutto approssimativo ed hanno, in ogni caso per come concepiti, scarsa efficacia ed efficienza nello gestire e controllare le temperature ed i differenziali di pressione dei fluidi risultando del tutto inefficaci in relazione alle finalit? per cui sono stati concepiti.

Il presente brevetto propone di superare le criticit? evidenziate grazie alla realizzazione di un trovato che ha un ingombro e peso pari ad un normale radiatore, quindi facilmente industrializzabile, che gestisce, tramite le canalizzazioni privilegiate e stanze in esso presenti il percorso dei fluidi, attraverso un elemento termostatico inserito al suo interno, che consente un instradamento dei liquidi a seconda della temperatura raggiunta consentendo cos? il miglior rendimento del motore.

Il radiatore, cos? realizzato, quindi, risulta installabile su qualsiasi veicolo che in origine non preveda una regolazione termostatica interna al motore, ovvero su veicoli la cui regolazione termostatica interna risulti sovradimensionata in relazione alle specifiche condizioni di utilizzo, con lo scopo di garantire un efficace controllo delle temperature, pertanto risulta, in ogni caso, facilmente sostituibile con quelli gi? presenti in commercio.

Il presente trovato verr? ora descritto, a titolo illustrativo, secondo una sua forma preferita di realizzazione da non intendersi in alcun modo limitativa, con particolare riferimento alle figure ed ai disegni allegati, tenuto conto che tutte le forme realizzative utilizzate, ferma restando la loro funzionalit?, possono variare per dimensioni, numeri e forma senza che questo possa limitare il presente trovato:

- la figura 1 mostra una vista prospettica del radiatore con l?evidenza della sua componentistica;

- la figura 2 mostra una vista frontale del radiatore con l?evidenza del circolo dei fluidi al suo interno, nelle diverse vasche e camere, quando la valvola termostatica risulta in posizione di apertura (fluido freddo);

- la figura 3 mostra una vista frontale del radiatore con l?evidenza del circolo dei fluidi al suo interno, quando la valvola termostatica risulta in posizione di chiusura (fluido caldo).

Facendo riferimento alle figure rappresentate si evidenzia come il presente trovato consiste in uno scambiatore di calore (A) formato da un raccordo di ingresso 101 che confluisce in una vasca di ingresso 102 collegata, partendo dalla parte superiore, ad un sistema di canne di raffreddamento 103, dotate di alette 104 e nella parte inferiore da una canna di by pass 105, con sezione maggiore rispetto a quella delle canne di raffreddamento 103.

La canna di by pass 105 collega la vasca di ingresso 101 con la vasca di ritorno 106 che ? divisa in due sezioni, una camera di contenimento 107, posta nella parte inferiore, in cui ? presente una valvola termostatica 108 (non oggetto di privativa), dotata di un piattello di chiusura 115; la valvola termostatica 108 pu? essere preimpostata in maniera permanente o regolabile attraverso la ghiera 109, o, in una forma alternativa di realizzazione, regolata e gestita attraverso dispositivi esterni senza fili, con la possibilit? di essere montata e smontata facilmente dal radiatore.

La camera di contenimento 107 ? divisa dal sistema di canne di raffreddamento 103 da una parete 110 che crea un?intercapedine 111 attraverso la quale confluir?, come si dir?, quando ? chiusa la valvola termostatica 108, il liquido presente nel radiatore.

Nella parte superiore della vasca di ritorno 106 vi ? la camera di uscita 112, divisa dalla camera di contenimento da un foro 113 e caratterizzata nella parte superiore da un raccordo di uscita 114 che porta il liquido verso il motore.

Orbene, allorquando il motore ? appena acceso ed il liquido ? freddo, il piattello 115 presente sulla valvola termostatica 108 risulta abbassato (Fig.2), lasciando aperto il foro 113 e tenendo in comunicazione diretta la camera di contenimento 107 e la camera di uscita passaggio 112.

In questo modo, come rappresentato nella figura 2 il fluido Y, che entra nel radiatore attraverso il raccordo di ingresso 101 tende a riempire la vasca di ingresso 102 generando un differenziale di pressione tra la vasca di ingresso 101 e la vasca di ritorno 106. Essendo il fluido ancora freddo ed essendo il piattello 115 della valvola termostatica 108 in posizione retratta, il percorso con minore differenziale di pressione ? quello che costringe il fluido ad attraversare la canna di bypass 105, entrare nella camera di contenimento 107 e dirigersi direttamente verso la camera di uscita 112. Il fluido Y non attraversa il sistema di canne di raffreddamento 103.

Come da figura 3, con l?aumetare della temperatura del liquido presente nel radiatore A, il piattello 115 presente sulla valvola termostatica 108, preimpostata ad una determinata temperatura, inizia a parzializzare gradualmente fino a chiudere eventualmente il foro 113 presente tra la camera di contenimento 107 e la camera di uscita 112. A questo punto il differenziale di pressione inferiore sar? quello determinato tra monte e valle della massa radiante ed il fluido quindi sar? costretto a transitare attraverso il sistema di canne di raffredamento 103 per poi proseguire la sua corsa verso la vasca di uscita 112, anche attraverso l?intercapedine 111.

Con il diminuire della temperatura del fluido presente nel radiatore alla temperatura preimpostata, il piattello 115 presente sulla valvola termostatica 108 inizier? ad abbassarsi aprendo di nuovo il foro 113 e consentendo cos?, di nuovo al fluido, presente tra la camera di contenimento 107 e la camera di uscita 112 di seguire la canalizzazione attraverso la canna di bypass.

L?alternarsi e l?equilibrarsi dei due cicli (fig.2 ? valvola aperta ? fig.3 valvola chiusa) consente cos? al liquido Y (pi? freddo) ? X (pi? caldo), anche a pieno regime del motore, di mantenere una temperatura costante, senza subire sbalzi che incidono sulle prestazioni e sulla vita operativa del motore.

Il presente trovato ? stato descritto in relazione alle sue funzionalit? a titolo illustrativo ma non limitativo ed ? da intendersi pertanto che variazioni e/o modifiche, anche in relazione alle forme, dimensioni e misure del trovato, cos? come alla qualit?, quantit? e disposizione dei componenti che lo compongono, potranno essere apportate senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione.

Claims (1)

1. Rivendicazioni

   1- Radiatore monoblocco con sistema di vasche, camere e canalizzazioni privilegiate che consente un efficace controllo della temperatura dei liquidi presenti al suo interno, caratterizzato da una vasca di ingresso 102 collegata ad un sistema di canne di raffreddamento 103 e ad una canna di by pass 105, con diametro maggiore rispetto a quello delle canne di raffreddamento 103, le quali (103 e 105) sono collegate con una vasca di ritorno 106 divisa in due sezioni, una camera di contenimento 107 ed una camera di uscita 112, divisa dalla camera di contenimento da un foro 113.

   2- Radiatore monoblocco con sistema di vasche, camere e canalizzazioni privilegiate che consente un efficace controllo della temperatura dei liquidi presenti al suo interno, come da rivendicazione 1, in cui la camera di contenimento 107 ? caratterizzata dalla presenza di una valvola termostatica 108, la cui temperatura ? preimpostabile attraverso la ghiera 109, dotata di un piattello di chiusura 115 che ogni qualvolta all?interno del radiatore (A) si raggiunge la temperatura preimpostata, si solleva, chiudendo il foro 113 che lo collega alla camera di uscita 112.

   3- Radiatore monoblocco con sistema di vasche, camere e canalizzazioni privilegiate che consente un efficace controllo della temperatura dei liquidi presenti al suo interno, come da rivendicazioni precedenti, in cui la camera di contenimento 107 ? divisa dal sistema di canne di raffreddamento 103 da una parete 110 che crea un?intercapedine 111 attraverso la quale confluisce il liquido quando il piattello di chiusura 115 chiude il foro 113.

   4- Radiatore monoblocco con sistema di vasche, camere e canalizzazioni privilegiate che consente un efficace controllo della temperatura dei liquidi presenti al suo interno, come da rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che quando il liquido freddo inizia a circolare all?interno del radiatore A, il piattello 115 presente sulla valvola termostatica 108 risulta abbassato (Fig.2), lasciando aperto il foro 113 e quindi il liquido dopo aver riempito la vasca di ingresso 102, attraversa la canna di bypass 105, entra nella camera di contenimento 107 e si dirige direttamente verso la camera di uscita 112, bypassando il sistema di canne di raffreddamento 103.

   5- Radiatore monoblocco con sistema di vasche, camere e canalizzazioni privilegiate che consente un efficace controllo della temperatura dei liquidi presenti al suo interno, come da rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il piattello 115 presente sulla valvola termostatica 108, raggiunta la temperatura preimpostata, chiude il foro 113 presente tra la camera di contenimento 107 e la camera di uscita 112 ed il fluido caldo ? costretto a transitare, raggiunta la vasca di ingresso 102, attraverso il sistema di canne di raffredamento 103 per poi proseguire la sua corsa verso la vasca di uscita 112 anche attraverso l?intercapedine 111.