IT202100018260A1 - Dispositivo fluidodinamico con elemento sensore integrato. - Google Patents

Description

DISPOSITIVO FLUIDODINAMICO CON ELEMENTO SENSORE

INTEGRATO

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo fluidodinamico con elemento sensore integrato.

Oggigiorno sono noti circuiti fluidodinamici, ad esempio i circuiti idraulici di macchinari, quali ad esempio macchine automatiche per la produzione di caff?, elettrodomestici, ecc., che comprendono una pluralit? di dispositivi o componenti, quali ad esempio tubi o condotti, valvole, pompe, sensori, unit? di controllo, ecc.

Al fine di misurare la pressione di un fluido (un liquido o un gas) contenuto o che si muove in un circuito fluidodinamico (ad esempio in un circuito idraulico), sono noti sensori in grado di rilevare la pressione di tale fluido, e di tradurre la stessa in un segnale, in genere elettrico, che pu? essere letto ed elaborato ad esempio da un?unit? di controllo elettronica.

Le diverse tipologie di sensori di pressione oggigiorno note si differenziano tra loro in base al principio fisico che utilizzano per rilevare la pressione del fluido; sono ad esempio noti sensori di pressione basati su estensimetri che comprendono un diaframma o una lamina flessibile, sensibile alla pressione, su cui sono incollate o spruzzate delle piste elettricamente conduttive che modificano la loro resistenza elettrica a seconda del loro stato di deformazione. Tali piste conduttive sono alimentate in genere tramite un ponte di Wheatstone.

Il diaframma ? in genere incapsulato in una carcassa metallica, dotata di un singolo condotto di accesso per un fluido, atto a dirigere quest?ultimo verso il diaframma, cos? che lo stesso sia soggetto alla pressione del fluido.

La pressione che agisce sul diaframma comporta la deformazione meccanica dello stesso, e quindi delle piste elettricamente conduttive, che modificano di conseguenza la loro resistenza elettrica; la pressione pu? essere quindi determinata dalla variazione della resistenza elettrica.

Tali sensori di pressione di tipo noto vengono associati ad un circuito fluidodinamico collegando il loro condotto di accesso in derivazione da tale circuito fluidodinamico, come se fossero dei rami senza uscita.

Tali sensori di pressione ad estensimetro di tipo noto presentano l?inconveniente di essere dei dispositivi a s? stanti, e non si prestano, ad esempio, a costituire o ad essere integrati in altri dispositivi o componenti fluidodinamici, al fine di rendere questi ultimi in grado di rilevare autonomamente la pressione del fluido in essi contenuto o che li attraversa.

Inoltre tali sensori di pressione di tipo noto sono in genere relativamente ingombranti e costosi.

Compito principale della presente invenzione ? pertanto quello di realizzare un dispositivo fluidodinamico con elemento sensore integrato che risolva i problemi della tecnica nota citata, ed in particolare che possa costituire o essere agevolmente integrato all?interno di un dispositivo o componente fluidodinamico, al fine di rendere quest?ultimo in grado di rilevare autonomamente una grandezza (ad esempio la pressione) associata al fluido in esso contenuto o che lo attraversa.

Nell?ambito di questo compito, un altro scopo della presente invenzione ? quello di realizzare un dispositivo fluidodinamico con elemento sensore integrato che consenta di ridurre l?ingombro complessivo di un circuito fluidodinamico a cui lo stesso sia applicato.

Un altro scopo del trovato ? quello di realizzare un dispositivo fluidodinamico con elemento sensore integrato che presenti un ingombro relativamente contenuto.

Il compito e gli scopi sopra menzionati vengono raggiunti realizzando un dispositivo fluidodinamico con elemento sensore integrato come esposto nella rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche dell?invenzione sono evidenziate dalle rivendicazioni dipendenti dalla 1.

Un ulteriore aspetto dell?invenzione ? il metodo con cui il dispositivo viene utilizzato, esposto nella rivendicazione 15; ulteriori aspetti vantaggiosi di tale metodo sono esposti nelle rivendicazioni dipendenti da quest?ultima.

Le caratteristiche e i vantaggi del dispositivo fluidodinamico con elemento sensore integrato secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:

la figura 1 ? una vista schematica in sezione laterale di un primo esempio realizzativo di dispositivo fluidodinamico con elemento sensore integrato secondo la presente invenzione, in una prima condizione operativa;

la figura 2 ? una vista schematica in sezione laterale del dispositivo fluidodinamico di figura 1 in una seconda condizione operativa;

la figura 3 ? una vista schematica in sezione laterale di un secondo esempio realizzativo di un dispositivo fluidodinamico con dispositivo sensore integrato secondo la presente invenzione, implementato come una valvola per fluidi, in condizione di chiusura;

la figura 4 ? una vista schematica in sezione laterale del dispositivo fluidodinamico di figura 3 in condizione di apertura;

la figura 5 ? una vista schematica in sezione laterale di un terzo esempio realizzativo di un dispositivo fluidodinamico con elemento sensore integrato secondo la presente invenzione, implementato come una valvola per fluidi, in condizione di chiusura;

la figura 6 ? una vista schematica in sezione laterale del dispositivo fluidodinamico di figura 4 in condizione di apertura;

le figure 7 e 8 sono due viste schematiche in pianta di due esempi realizzativi della porzione elasticamente deformabile della prima camera di un dispositivo fluidodinamico secondo la presente invenzione, implementata come una membrana.

Nelle figure allegate, ? indicato complessivamente con il numero 1 un dispositivo fluidodinamico con elemento sensore integrato, secondo l?invenzione.

Il dispositivo fluidodinamico 1 comprende vantaggiosamente una prima camera 2, atta al contenimento e/o al passaggio di un fluido, quale ad esempio un liquido.

La prima camera 2 ? dotata di una apertura di ingresso 3, collegabile operativamente ad un circuito fluidodinamico, ad esempio un circuito idraulico, non illustrato nelle allegate figure, e configurato per consentire l?ingresso nella prima camera 2 di un fluido, ad esempio un liquido.

La prima camera 2 ? dotata di una apertura di uscita 4, anch?essa collegabile operativamente ad un circuito fluidodinamico, ad esempio un circuito idraulico, non illustrato nelle allegate figure, lo stesso o uno diverso rispetto alla apertura di ingresso 3, e configurata per l?espulsione di un fluido dalla prima camera 2.

Nell?esempio realizzativo illustrato in figure 1 e 2, il dispositivo fluidodinamico 1 ? vantaggiosamente implementato come un corpo tubolare 1a, definente la prima camera 2, alle cui estremit? sono presenti rispettivamente l?apertura di ingresso 3 e l?apertura di uscita 4. Tale elemento tubolare 1a pu? essere ad esempio vantaggiosamente utilizzato come conduttura o tubazione di un circuito fluidodinamico.

Vantaggiosamente il corpo tubolare 1a pu? avere una configurazione rettilinea, come in figure 1 e 2, oppure arcuata, o una qualsiasi configurazione tubolare (ad esempio parzialmente rettilinea e parzialmente arcuata).

Negli esempi realizzativi delle figure 3 e 4, e 5 e 6, il dispositivo fluidodinamico 1 ? implementato come una valvola 1b, comprendente un corpo valvolare 5, realizzato ad esempio in plastica, al cui interno ? ricavata la prima camera 2, con la sua apertura di ingresso 3 e la sua apertura di uscita 4.

La prima camera 2 comprende almeno una porzione 6, elasticamente deformabile per azione del fluido in essa contenuto e/o passante attraverso tale prima camera 2, a cui ? associato un elemento sensore 7 sensibile alla deformazione di tale porzione 6 elasticamente deformabile.

Si sottolinea che con l?espressione ?porzione 6 elasticamente deformabile per azione del fluido in essa contenuto e/o passante attraverso tale prima camera 2? si intende che la porzione 6 della prima camera 2, nelle normali condizioni operative per le quali il dispositivo fluidodinamico 1 ? configurato per operare, presenta caratteristiche di elasticit? tali per cui tale porzione 6 subisce, per azione del fluido passante o contenuto nella prima camera 2 (ad esempio a causa della pressione di tale fluido), delle deformazioni elastiche macroscopiche, e misurabili ad esempio mediante un sensore di deformazione associato alla porzione 6 stessa.

Vantaggiosamente, la porzione 6 elasticamente deformabile ? o comprende un materiale elastomerico, preferibilmente ad elevata resistivit? elettrica (ad esempio nell?ordine dei G?m ? Giga Ohm), ad esempio, ma non necessariamente, un materiale elastomerico scelto tra polisilossani (silicone), elastomeri poliuretanici, fluoropolimeri elastomerici, elastomeri a base di poliolefine, polibutadiene (BR), una gomma stirenebutadiene (SBR), una gomma etilene-propilene (EPR), una gomma etilene-propilene-diene (EPDM), una gomma nitrilica (NBR), una gomma acrilica (ACM), una gomma a base di isobutilene e isoprene (IIR), il polidimetilsilossano (PDMS).

Vantaggiosamente, l?elemento sensore 7 ? collegato/collegabile ad un?unit? di controllo, rappresentata schematicamente con un rettangolo 8, configurata per rilevare una grandezza caratteristica dell?elemento sensore 7 dipendente dalla deformazione della porzione 6 elasticamente deformabile della prima camera 2.

Vantaggiosamente, l?unit? di controllo 8 pu? essere integrata nel dispositivo fluidodinamico 1, oppure la stessa pu? essere un componente esterno a quest?ultimo.

Vantaggiosamente, l?unit? di controllo 8 pu? essere una scheda elettronica, un microcontrollore, ecc.

Vantaggiosamente, l?elemento sensore 7 ? o comprende un deposito 9 di materiale funzionale le cui propriet? elettriche, ed in particolare la cui resistenza elettrica (e/o impedenza e/o capacit?), variano in base alla propria deformazione; il deposito 9 ? collegato elettricamente a connettori elettrici 10, rappresentati nelle allegate figure con linee tratteggiate, per la sua connessione all?unit? di controllo 8.

Vantaggiosamente, la resistenza elettrica del deposito 9 varia nell?ordine degli ? o delle decine di ?, a seconda del grado di deformazione.

Vantaggiosamente, il deposito 9 di materiale funzionale modifica la propria resistenza elettrica a seconda del suo grado di deformazione; una deformazione della porzione 6 elasticamente deformabile comporta una corrispondente deformazione del deposito 9, ed una variazione della sua resistenza elettrica, che pu? essere rilevata dall?unit? di controllo 8, ad esempio, fornendo una corrente elettrica al deposito 9 attraverso i connettori elettrici 10, e rilevando la tensione elettrica che si genera ai capi di tali connettori elettrici 10, o imponendo una certa tensione elettrica, e misurando la corrente elettrica generata.

Il deposito 9 di materiale funzionale pu? essere prodotto mediante molteplici tecnologie che consentono di ottenere materiali la cui resistenza ? modificata dalla deformazione meccanica.

Un esempio vantaggioso di un metodo, applicabile per ottenere un dispositivo fluidodinamico 1 secondo la presente invenzione, per realizzare il deposito 9 di materiale funzionale ? la sua produzione mediante il metodo descritto nella domanda di brevetto Internazionale numero WO2011121017 a cui si rimanda, secondo cui tale materiale funzionale ? vantaggiosamente un materiale nanocomposito comprendente nanoparticelle costituite da un metallo, un ossido o altro composto di un metallo depositato per mezzo di impiantazione di aggregati neutri di dimensioni nanometriche su una superficie di un materiale elastomerico.

In una forma realizzativa vantaggiosa, il deposito 9 realizzato con detto materiale nanocomposito ? composto da un primo strato di nanoparticelle di carbonio ed un secondo strato di nanoparticelle d?oro.

In una forma realizzativa vantaggiosa, come ad esempio quella illustrata nelle figure 7 ed 8, il deposito 9 di materiale funzionale ? disposto sul materiale elastomerico della porzione 6 a definire, in pianta, una conformazione a griglia (due esempi della quale sono illustrati schematicamente nelle figure 7 ed 8).

Vantaggiosamente, la porzione 6 elasticamente deformabile della prima camera 2 ? configurata per modificare elasticamente il suo grado di deformazione in funzione della pressione del fluido contenuto o transitante nella prima camera 2.

In una ulteriore forma realizzativa vantaggiosa, la porzione 6 elasticamente deformabile della prima camera 2 pu? essere configurata per modificare elasticamente il suo grado di deformazione in funzione della temperatura del fluido contenuto o transitante nella prima camera 2.

In una ulteriore forma realizzativa vantaggiosa, la porzione 6 elasticamente deformabile della prima camera 2 pu? essere configurata per modificare elasticamente il suo grado di deformazione in funzione dei valori di una combinazione di parametri caratteristici del fluido contenuto o transitante nella prima camera 2, come ad esempio la pressione, la temperatura, la portata, ecc.

Nell?esempio realizzativo illustrato nelle figure 1 e 2, la porzione 6 elasticamente deformabile ? vantaggiosamente parte del corpo tubolare 1a, preferibilmente una porzione della sua superficie laterale; in una ulteriore forma realizzativa vantaggiosa, non illustrata, la porzione 6 elasticamente deformabile pu? coincidere con l?intero corpo tubolare 1a. In questo caso, vantaggiosamente, la pressione di un fluido, ad esempio un liquido, contenuto o transitante nella prima camera 2, deforma elasticamente, di una certa entit? il corpo tubolare 1a in corrispondenza della porzione 6 elasticamente deformabile dello stesso.

L?elemento sensore 7 rileva quindi questa deformazione, e trasmette all?unit? di controllo 8 un segnale che dipende dal grado di deformazione della porzione 5.

Negli esempi realizzativi illustrati nelle figure 3 e 4, e 5 e 6, in cui il dispositivo fluidodinamico 1 ? vantaggiosamente una valvola 1b, la porzione 6 elasticamente deformabile ? vantaggiosamente configurata per essere elasticamente deformabile tra una condizione di chiusura, illustrata ad esempio nelle figure 3 e 5, in cui la stessa impedisce la comunicazione di fluido tra l?apertura di ingresso 3 e l?apertura di uscita 4, ed una condizione di apertura, illustrata ad esempio nelle figure 4 e 6, in cui la stessa consente la comunicazione di fluido tra l?apertura di ingresso 3 e l?apertura di uscita 4.

Vantaggiosamente, come nelle forme realizzative illustrate in figure 3 e 4, e 5 e 6, nella condizione di chiusura la porzione 6 elasticamente deformabile si trova in uno stato di deformazione tale per cui la stessa richiude completamente la sezione trasversale, o di passaggio, di un tratto della prima camera 2 disposto tra l?apertura di ingresso 3 e quella di uscita 4, cos? da interrompere la comunicazione di fluido tra tali aperture.

In forme realizzative vantaggiose, come quelle illustrate negli esempi realizzativi delle figure 3 e 4, e 5 e 6, il dispositivo fluidodinamico 1, comprende vantaggiosamente un elemento attuatore 11 configurato per portare selettivamente la porzione 6 elasticamente deformabile della prima camera 2 nella condizione di chiusura o nella condizione di apertura. Vantaggiosamente, l?elemento attuatore ? controllato o controllabile dall?unit? di controllo 8.

Vantaggiosamente, la porzione 6 elasticamente deformabile e l?elemento attuatore 11 sono configurati in modo tale che, in condizione di riposo dell?elemento attuatore 11, la porzione 6 elasticamente deformabile si trova, o si porta elasticamente, nella condizione di chiusura.

In una forma realizzativa preferita, l?elemento attuatore 11 comprende un elemento attivo 12, realizzato in materiale a memoria di forma e configurato per generare selettivamente, in dipendenza dalla sua forma e/o dimensioni, una determinata forza che provoca, direttamente o indirettamente (come sar? spiegato meglio nel seguito), una deformazione della porzione 6 elasticamente deformabile della prima camera 2; il sistema attuatore 11 comprende vantaggiosamente un dispositivo generatore di corrente elettrica 13, operativamente collegato all?elemento attivo 12 per modificarne selettivamente la forma e/o le dimensioni attraverso una variazione di temperatura indotta dal passaggio di corrente elettrica all?interno di tale elemento attivo 12. Preferibilmente, il generatore di corrente elettrica 13 ? operativamente connesso all?unit? di controllo 8, cos? da poter essere controllato dalla stessa.

In una forma di realizzazione vantaggiosa, illustrata ad esempio nelle figure 3 e 4, e 5 e 6, la porzione 6 elasticamente deformabile della prima camera 2 ? o comprende una membrana 14, realizzata in materiale elastomerico, con una faccia interna 14a, rivolta verso l?interno della prima camera 2, ed una faccia esterna 14b, rivolta verso l?esterno della prima camera 2; vantaggiosamente, il deposito 9 di materiale funzionale ? depositato su almeno una tra la faccia interna 14a e la faccia esterna 14b (la faccia interna 14a negli esempi realizzativi di figure 3 e 4, 5 e 6).

Vantaggiosamente, come nell?esempio realizzativo illustrato nelle figure 3 e 4, l?elemento attuatore 11 ? operativamente collegato alla faccia esterna 14b della membrana 14, ed ? configurato per portare selettivamente quest?ultima nella condizione di chiusura o nella condizione di apertura; nella forma realizzativa vantaggiosa illustrata in figure 3 e 4, l?elemento attivo 12 dell?elemento attuatore 11 ? realizzato in materiale a memoria di forma, ed ? operativamente collegato alla faccia esterna 14b della membrana 14, e configurato per portare selettivamente quest?ultima nella condizione di chiusura o nella condizione di apertura.

In tale forma realizzativa vantaggiosa, l?elemento attivo 12 ? preferibilmente conformato a molla di torsione, pi? preferibilmente ad elica, vincolata ad una sua prima estremit? alla faccia esterna 14b della membrana 14, o ad un elemento intermedio, non rappresentato, fissato a sua volta a tale faccia esterna 14b; tale molla di torsione ? inoltre vincolata, ad una sua seconda estremit?, al corpo valvolare 5.

Vantaggiosamente, operando sul generatore di corrente elettrica 13, una voluta corrente elettrica pu? essere inviata all?elemento attivo 12, che si riscalda, modificando le sue dimensioni di una voluta entit?, e variando quindi, di una voluta entit?, la forza elastica da esso generata, e trasmessa alla membrana 14; in questo modo ? possibile controllare in maniera continua la posizione della membrana 14 tra la condizione di chiusura e quella di apertura, e di conseguenza regolare in modo preciso il grado di apertura/chiusura della valvola 1b. In questo caso, l?elemento attivo 12 controlla quindi in maniera diretta la deformazione della porzione 6 elasticamente deformabile (ovvero della membrana 14) della prima camera 2. Il funzionamento di questa forma realizzativa sar? spiegato pi? in dettaglio nel seguito.

In una ulteriore forma realizzativa vantaggiosa, come quella illustrata nelle figure 5 e 6, il dispositivo fluidodinamico (in questo caso la valvola 1b) comprende una seconda camera 15 collegata in parallelo alla prima camera 2 mediante una apertura di immissione 16, in comunicazione di fluido con l?apertura di ingresso 3, e mediante una apertura di emissione 17, in comunicazione di fluido con l?apertura di uscita 4; in tale forma realizzativa vantaggiosa, la porzione 6 elasticamente deformabile (in questo caso la membrana 14) separa la seconda camera 15 dalla prima camera 2.

Vantaggiosamente, in tale forma realizzativa vantaggiosa, l?elemento attuatore 11 ? configurato per interrompere o consentire selettivamente la comunicazione di fluido tra la seconda camera 15 e l?apertura di uscita 4, cos?, rispettivamente, da equiparare o ridurre (come sar? spiegato meglio nel seguito) la pressione di un fluido contenuto nella seconda camera 15 rispetto alla pressione di un fluido contenuto nella prima camera 2.

Vantaggiosamente, in tale forma realizzativa, l?elemento attuatore 11 comprende un otturatore 18, configurato per interrompere o consentire selettivamente la comunicazione di fluido tra la seconda camera 15 e l?apertura di uscita 4; vantaggiosamente l?elemento attivo 12 dell?elemento attuatore 11 ? collegato ad un otturatore 18, ed ? configurato per portare selettivamente lo stesso ad interrompere o consentire selettivamente la comunicazione di fluido tra la seconda camera 15 e l?apertura di uscita 4, a seconda della forma o dimensioni di tale elemento attivo 12, controllata mediante il generatore di corrente elettrica 13.

Preferibilmente, in tale forma realizzativa vantaggiosa, l?elemento attivo 12 ? configurato in modo tale che in condizione di riposo esso mantiene l?otturatore 18 in posizione tale da non consentire la comunicazione di fluido tra la seconda camera 15 e l?apertura di uscita.

Anche in questa forma realizzativa vantaggiosa, l?elemento attivo 12 pu? essere preferibilmente conformato a molla di torsione, pi? preferibilmente ad elica, alla cui estremit? libera ? fissato l?otturatore 18, ed una cui seconda estremit? ? vincolata al corpo valvolare 5. Anche in questo caso, operando sul generatore di corrente elettrica 13, una voluta corrente elettrica pu? essere inviata all?elemento attivo 12, che si riscalda, modificando le sue dimensioni di una voluta entit?, e portando quindi l?otturatore 18 rispettivamente ad interrompere o consentire la comunicazione di fluido tra la seconda camera 15 e l?apertura di uscita 4.

Il funzionamento del dispositivo fluidodinamico secondo l?invenzione sar? descritto nel seguito con riferimento alle tre forme realizzative illustrate nelle allegate figure.

Con riferimento alla prima forma realizzativa, illustrata nelle figure 1 e 2, un dispositivo fluidodinamico 1, implementato come un corpo tubolare 1a, pu? essere ad esempio utilizzato come conduttura o tubazione di un circuito fluidodinamico, ad esempio un circuito idraulico, non illustrato.

Un voluto fluido, circolante nel circuito fluidodinamico, pu? quindi essere fatto transitare attraverso la prima camera 2, entrando nella stessa attraverso l?apertura di ingresso 3, ed uscendo attraverso l?apertura di uscita 4.

A seconda del valore della pressione di tale fluido, la porzione 6 elasticamente deformabile della camera 2, si deforma elasticamente di una determinata entit?; tale deformazione viene rilevata dall?elemento sensore 7, che trasmette tale informazione all?unit? di controllo 8; l?unit? di controllo 8 pu? essere vantaggiosamente configurata per elaborare l?informazione ricevuta dall?elemento sensore 7, ed utilizzarla, ad esempio, interfacciandosi con altri eventuali componenti del circuito fluidodinamico, quali ad esempio pompe, valvole, ecc., per regolare la portata del fluido che viene fatto scorrere all?interno della prima camera 2 in funzione della pressione rilevata.

L?elasticit? della porzione 6 garantisce che tale porzione 6 ritorni nella sua condizione di riposo in assenza di fluido nella prima camera 2.

L?utilizzo di un elemento sensore 7 costituito o comprendente un deposito 9 di materiale funzionale le cui propriet? elettriche variano in base alla propria deformazione, come descritto sopra ed in particolare realizzato secondo il metodo descritto nella domanda internazionale WO2011121017 sopra citata, garantisce una rilevazione ottimale anche per elevati livelli di deformazione della porzione 6, e quindi per elevati valori di pressione.

Con riferimento alla forma realizzativa illustrata nelle figure 3 e 4, in cui il dispositivo fluidodinamico 1 ? implementato come una valvola 1b, e l?elemento attivo 12 ? conformato a molla di torsione, preferibilmente ad elica, vincolata ad una sua prima estremit? alla faccia esterna 14b della membrana 14 e ad una sua seconda estremit?, al corpo valvolare 5, tale valvola 1b pu? essere inserita all?interno di un circuito fluidodinamico, non illustrato, ad esempio collegando un primo condotto di tale circuito all?apertura di ingresso 3, ed un secondo condotto di tale circuito all?apertura di uscita 4.

Con la porzione 6 (in questo caso la membrana 14) in condizione di chiusura (figura 3), un fluido, schematizzato con una freccia 19, pu? essere immesso nella prima camera 2 attraverso l?apertura di ingresso 3; tale fluido non pu? per? raggiungere l?apertura di uscita 4, in quanto il passaggio ? impedito dalla membrana 14 in condizione di chiusura.

In tale condizione, la membrana 14 non risulta deformata, e di conseguenza l?elemento sensore 7 pu? rilevare tale stato di assenza di deformazione e trasmettere tale informazione all?unit? di controllo 8. Operando sull?elemento attuatore 11 ? possibile portare la membrana 14 in condizione di apertura (figura 4); ad esempio, in una forma realizzativa vantaggiosa, mediante il generatore di corrente 13 ? possibile inviare una voluta corrente all?elemento attivo 12, realizzato in materiale a memoria di forma, in modo tale che lo stesso provochi la deformazione della membrana 14 finch? la stessa consente il passaggio del fluido 19 dall?apertura di ingresso 3 all?apertura di uscita 4.

A seconda del valore della pressione del fluido 19 che transita nella prima camera 2, e del valore della forza esercitata dall?elemento attuatore 11 sulla membrana 14, la stessa si deforma elasticamente di una determinata entit?; tale deformazione viene rilevata dall?elemento sensore 7, che trasmette tale informazione all?unit? di controllo 8; l?unit? di controllo 8 pu? essere vantaggiosamente configurata per elaborare l?informazione ricevuta dall?elemento sensore 7, ed utilizzarla, eventualmente interfacciandosi con altri componenti del circuito fluidodinamico, quali ad esempio pompe, valvole, ecc., per controllare, preferibilmente secondo una logica di controllo ad anello chiuso, l?elemento attuatore 11, in modo da regolare dinamicamente il grado di apertura della membrana 14, e quindi la portata della valvola 1b.

Con riferimento alla forma realizzativa illustrata nelle figure 5 e 6, il dispositivo fluidodinamico 1 ? implementato come una valvola 1b che comprende la seconda camera 15 collegata in parallelo alla prima camera 2, e la porzione 6 elasticamente deformabile (la membrana 14) separa la seconda camera 15 dalla prima camera 2. Anche in questo caso la valvola 1b pu? essere inserita all?interno di un circuito fluidodinamico, non illustrato, ad esempio collegando un primo condotto di tale circuito all?apertura di ingresso 3, ed un secondo condotto di tale circuito all?apertura di uscita 4.

Con la valvola 1b in condizione di chiusura, illustrata in figura 5, un fluido 19 pu? essere immesso nella prima camera 2 e nella seconda camera 15 attraverso l?apertura di ingresso 3 (comunicante con la seconda camera attraverso l?apertura di immissione 16.

In tale condizione di chiusura, la membrana 14 impedisce il passaggio del fluido 19 dalla apertura di ingresso 3 alla apertura di uscita 4, e l?otturatore 18 impedisce il passaggio del fluido dalla seconda camera 15 all?apertura di uscita 4.

Nella forma realizzativa illustrata nelle figure 5 e 6, la valvola 1b pu? essere mantenuta in condizione di chiusura controllando opportunamente la corrente generata dal generatore di corrente 13 (ad esempio mediante l?unit? di controllo 8), in modo tale che l?elemento attivo 12 mantenga l?otturatore 18 in posizione tale da interrompere la comunicazione di fluido tra la seconda camera 15 e l?apertura di uscita 4; ad esempio, in tale condizione il generatore di corrente 13 pu? vantaggiosamente non erogare corrente nel caso in cui l?elemento attivo 12 sia configurato in modo tale che, in condizione di riposo, tale elemento attivo 12 mantiene l?otturatore 18 in posizione tale da non consentire la comunicazione di fluido tra la seconda camera 15 e l?apertura di uscita 4.

In tale condizione di chiusura, la pressione del fluido 19 nel tratto della prima camera 2 subito a valle dell?apertura di accesso 4 e nella seconda camera 15 si equivalgono, per cui la membrana 14, che divide la prima dalla seconda camera, ? soggetta ad un differenziale di pressione nullo; essendo la membrana 14 configurata in modo tale da rimanere in condizione di chiusura quando non ? soggetta a forze esterne, la stessa rimane quindi in condizione di chiusura, impedendo il passaggio del fluido 19 dalla apertura di ingresso 3 all?apertura di uscita 4.

In tale condizione, la membrana 14 non risulta deformata, e di conseguenza l?elemento sensore 7 pu? rilevare tale stato di assenza di deformazione e trasmettere tale informazione all?unit? di controllo 8.

Per portare la membrana 14 nella condizione di apertura, ed aprire quindi la valvola 1b, ? sufficiente azionare l?elemento attuatore 11 in modo tale che lo stesso porti l?otturatore 18 in posizione tale da consentire il passaggio di fluido dalla seconda camera 15 all?apertura di uscita 4, attraverso l?apertura di emissione 17; in tale condizione, si genera una differenza di pressione tra il fluido contenuto nella prima camera 2 e quello contenuto nella seconda camera 15, che genera una forza di apertura sulla membrana 14, che la deforma, fino a portarla in condizione di apertura, cos? da consentire il passaggio del fluido 19 dall?apertura di ingresso 3 all?apertura di uscita 4, attraverso la prima camera 2.

In questa forma realizzativa, la forza generata dal cambiamento di forma dell?elemento attivo 12 comporta quindi, in maniera indiretta, una deformazione elastica della porzione 6 elasticamente deformabile, della camera 2.

A seconda del valore della pressione del fluido 19 che transita nella prima camera 2, la membrana 14 si deforma di una determinata entit?; tale deformazione viene rilevata dall?elemento sensore 7, che trasmette tale informazione all?unit? di controllo 8; l?unit? di controllo 8 pu? essere vantaggiosamente configurata per elaborare l?informazione ricevuta dall?elemento sensore 7, ed utilizzarla, eventualmente interfacciandosi con eventuali altri componenti del circuito fluidodinamico, quali ad esempio pompe, valvole, ecc., per controllare, preferibilmente secondo una logica di controllo ad anello chiuso, l?elemento attuatore 11, in modo da regolare dinamicamente il grado di apertura della membrana 14, e quindi la portata della valvola 1b.

Si ? cos? constatato che il dispositivo fluidodinamico con elemento sensore integrato secondo la presente invenzione realizza il compito e gli scopi in precedenza evidenziati, in quanto lo stesso si presta a costituire o ad essere agevolmente integrato all?interno di un dispositivo o componente fluidodinamico (ad esempio una tubazione, una valvola, ecc.), consentendo a quest?ultimo di rilevare autonomamente una grandezza associata alla ad una caratteristica, ad esempio la pressione, del fluido in esso contenuto o che lo attraversa.

Comprendendo un elemento sensore direttamente associato ad una porzione della prima camera al cui interno ? contenuto o scorre un fluido, il dispositivo fluidodinamico secondo la presente invenzione risulta intrinsecamente compatto, e consente inoltre di ridurre l?ingombro complessivo di un circuito fluidodinamico a cui lo stesso sia applicato, non necessitando di utilizzare un ulteriore sensore di pressione dedicato associato a tale circuito.

Inoltre il dispositivo fluidodinamico secondo la presente invenzione ? realizzabile, in tutte le sue forme applicative, con costi relativamente contenuti.

Nella forma realizzativa vantaggiosa in cui il dispositivo secondo il trovato ? una valvola, lo stesso consente, grazie alla possibilit? di monitorare direttamente una grandezza (ad esempio la pressione) relativa al fluido che lo attraversa, di controllare in modo dinamico il grado di apertura/chiusura della valvola, cos? da adattarsi in modo ottimale alle caratteristiche (ad esempio pressione o portata) del fluido.

L?utilizzo di una membrana come organo di chiusura della valvola, garantisce la silenziosit? della valvola stessa, unitamente ad ingombri ridotti, e alla possibilit? di gestire elevate portate di fluido.

L?utilizzo di un elemento sensore costituito o comprendente un deposito di materiale funzionale, prodotto mediante il metodo descritto nella domanda di brevetto Internazionale WO2011121017, comprendente nanoparticelle costituite da un materiale scelto tra un metallo, un ossido o altro composto di un metallo, depositato per impiantazione di aggregati neutri di dimensioni nanometriche su una superficie del materiale elastomerico che costituisce la porzione elasticamente deformabile, ad esempio la membrana della valvola, garantisce una rilevazione ottimale anche per elevati livelli di deformazione della porzione elasticamente deformabile (e quindi, ad esempio, per elevati valori di pressione). Inoltre, tale metodo descritto nella domanda di brevetto Internazionale WO2011121017 garantisce un elevato fattore di trasduzione, e consente di ottenere dei depositi di nanoparticelle con una voluta geometria e una voluta resistenza elettrica, ottimizzati per le specifiche applicazioni, ed eventualmente per gli specifici range di deformazione da rilevare. Tale tecnologia consente inoltre di ottenere una elevata riproducibilit?, ed una elevata affidabilit? degli elementi sensori cos? prodotti.

Il dispositivo secondo il trovato, inoltre, si presta ad essere dimensionalmente compatto e geometricamente semplice, e presenta masse relativamente trascurabili e a basso coefficiente di scambio termico, cos? da non impattare sulla temperatura della del fluido.

L?utilizzo di materiali a memoria di forma nell?elemento attuatore consente di esercitare forze di azionamento considerevoli, e di mantenere gli ingombri relativamente contenuti.

Il dispositivo fluidodinamico con elemento sensore integrato secondo la presente invenzione ? suscettibile in ogni caso di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nel medesimo concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica i materiali utilizzati, nonch? le forme e le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche.

Claims (16)

RIVENDICAZIONI

1. Dispositivo fluidodinamico (1, 1a, 1b) con elemento sensore integrato, comprendente una prima camera (2) atta al contenimento e/o al passaggio di un fluido (19), dotata di una apertura di ingresso (3), collegabile operativamente ad un circuito fluidodinamico e configurata per consentire l?ingresso in detta prima camera (2) di un fluido, e di una distinta apertura di uscita (4), collegabile operativamente ad un circuito fluidodinamico e configurata per l?espulsione di detto fluido (19) da detta prima camera (2), che si caratterizza per il fatto che detta prima camera (2) comprende almeno una porzione (6) elasticamente deformabile per azione del fluido (19) in essa contenuto e/o passante attraverso detta prima camera (2), a cui ? associato un elemento sensore (7) sensibile alla deformazione di detta porzione (6) elasticamente deformabile di detta prima camera (2).

2. Dispositivo fluidodinamico (1, 1a, 1b), come alla rivendicazione 1, che si caratterizza per il fatto che detto elemento sensore (7) ? collegato/collegabile ad un?unit? di controllo (8) configurata per rilevare una grandezza caratteristica di detto elemento sensore (7) dipendente dalla deformazione di detta porzione (6) elasticamente deformabile di detta prima camera (2).

3. Dispositivo fluidodinamico (1, 1a, 1b) come alla rivendicazione 2, che si caratterizza per il fatto che detta porzione (6) elasticamente deformabile ? o comprende un materiale elastomerico.

4. Dispositivo fluidodinamico (1, 1a, 1b) come alla rivendicazione 3, che si caratterizza per il fatto che detto elemento sensore (7) ? o comprende un deposito (9) di materiale funzionale le cui propriet? elettriche variano in base alla propria deformazione, detto deposito (9) essendo collegato elettricamente a connettori elettrici (10) per la sua connessione a detta unit? di controllo (8).

5. Dispositivo fluidodinamico (1, 1a, 1b), come ad una o pi? delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per il fatto che detta porzione (6) elasticamente deformabile di detta prima camera (2) ? configurata per modificare elasticamente il suo grado di deformazione in funzione della pressione del fluido contenuto o transitante in detta prima camera (2).

6. Dispositivo fluidodinamico (1, 1a, 1b), come ad una o pi? delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per il fatto di essere una valvola (1b), e che detta porzione (6) elasticamente deformabile di detta prima camera (2) ? configurata per essere elasticamente deformabile tra una condizione di chiusura, in cui la stessa impedisce la comunicazione di fluido tra detta apertura di ingresso (3) e detta apertura di uscita (4), ed una condizione di apertura, in cui la stessa consente la comunicazione di fluido tra detta apertura di ingresso (3) e detta apertura di uscita (4).

7. Dispositivo fluidodinamico (1, 1a, 1b), come alla rivendicazione 6, che si caratterizza per il fatto di comprendere un elemento attuatore (11) configurato per portare selettivamente detta porzione (6) elasticamente deformabile di detta prima camera (2) in detta condizione di chiusura o in detta condizione di apertura.

8. Dispositivo fluidodinamico (1, 1a, 1b), come alla rivendicazione 7, che si caratterizza per il fatto che detta porzione (6) elasticamente deformabile e detto elemento attuatore (11) sono configurati in modo tale che in condizione di riposo di detto elemento attuatore (11), detta porzione (6) elasticamente deformabile si trova, o si porta elasticamente, in detta condizione di chiusura.

9. Dispositivo fluidodinamico (1, 1a, 1b), come alla rivendicazione 7 o 8, che si caratterizza per il fatto che detto elemento attuatore (11) comprende un elemento attivo (12) realizzato in materiale a memoria di forma e configurato per generare selettivamente, in dipendenza dalla sua forma e/o dimensioni, una determinata forza che provoca, direttamente o indirettamente, una deformazione di detta porzione (6) elasticamente deformabile di detta prima camera (2), detto sistema attuatore (11) comprendendo un dispositivo generatore di corrente elettrica (13) operativamente collegato a detto elemento attivo (12) per modificarne selettivamente la forma e/o le dimensioni attraverso una variazione di temperatura indotta dal passaggio di corrente elettrica all?interno di detto elemento attivo (12).

10. Dispositivo fluidodinamico (1, 1a, 1b), come ad una o pi? delle rivendicazioni da 6 a 9 quando dipendono dalla rivendicazione 4, che si caratterizza per il fatto che detta porzione (6) elasticamente deformabile di detta prima camera (2) ? o comprende una membrana (14) realizzata in materiale elastomerico, con una faccia interna (14a), rivolta verso l?interno di detta prima camera (2), ed una faccia esterna (14b) rivolta verso l?esterno di detta prima camera (2), detto deposito (9) di materiale funzionale essendo depositato su almeno una tra dette faccia interna (14a) e faccia esterna (14b).

11. Dispositivo fluidodinamico (1, 1a, 1b), come alla rivendicazione 10 quando dipende dalla rivendicazione 7 o 8 o 9, che si caratterizza per il fatto che detto elemento attuatore (11) ? operativamente collegato a detta faccia esterna (14b) di detta membrana (14) ed ? configurato per portare selettivamente quest?ultima in detta condizione di chiusura o in detta condizione di apertura.

12. Dispositivo fluidodinamico (1, 1a, 1b), come alla rivendicazione 11 quando dipende dalla rivendicazione 9, che si caratterizza per il fatto che detto elemento attivo (12) realizzato in materiale a memoria di forma ? operativamente collegato a detta faccia esterna (14b) di detta membrana (14) e configurato per portare selettivamente quest?ultima in detta condizione di chiusura o in detta condizione di apertura.

13. Dispositivo fluidodinamico (1, 1a, 1b), come ad una o pi? delle rivendicazioni 7-12, che si caratterizza per il fatto di comprendere una seconda camera (15) collegata in parallelo a detta prima camera (2) mediante una apertura di immissione (16) in comunicazione di fluido con detta apertura di ingresso (2), e mediante una apertura di emissione (17) in comunicazione di fluido con detta apertura di uscita (4), detta porzione (6) elasticamente deformabile separando detta seconda camera (15) da detta prima camera (2), detto elemento attuatore (11) essendo configurato per interrompere o consentire selettivamente la comunicazione di fluido tra detta seconda camera (15) e detta apertura di uscita (4), cos?, rispettivamente, da equiparare o ridurre, la pressione di un fluido contenuto in detta seconda camera (15) rispetto alla pressione di un fluido contenuto in detta prima camera (2).

14. Dispositivo fluidodinamico (1, 1a, 1b), come alla rivendicazione 4, o ad una o pi? delle rivendicazioni dalla 5 alla 13 quando dipendono dalla rivendicazione 4, che si caratterizza per il fatto che detto deposito (9) di materiale funzionale ? disposto su detto un materiale elastomerico a definire, in pianta, una conformazione a griglia.

15. Metodo per operare un dispositivo fluidodinamico (1, 1a, 1b) secondo una o pi? delle rivendicazioni da 1 a 14, che si caratterizza per il fatto di comprendere le seguenti fasi:

- immettere un fluido (19) da un circuito fluidodinamico in detta prima camera (2), attraverso detta apertura di ingresso (3);

- rilevare lo stato di deformazione di detta porzione (6) elasticamente deformabile di detta prima camera (2) attraverso detto elemento sensore (7);

- trasmettere da detto elemento sensore (7) ad un dispositivo di controllo (8) un segnale dipendente dallo stato di deformazione di detta porzione (6).

16. Metodo, come alla rivendicazione 15, quando dipende dalla rivendicazione 7 o da una rivendicazione dipendente dalla rivendicazione 7, che si caratterizza per il fatto di controllare detto elemento attuatore (11) per portare selettivamente detta porzione (6) elasticamente deformabile di detta prima camera (2) in detta condizione di chiusura o in detta condizione di apertura, sulla base della rilevazione di detto elemento sensore (7).