ITAN20100088U1 - Elemento riscaldante elettrico a doppio isolamento. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

annessa a domanda di Brevetto per Modello di Utilità avente per titolo:

“ELEMENTO RISCALDANTE ELETTRICO A DOPPIO ISOLAMENTO”

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE

Forma oggetto del presente trovato una resistenza ad immersione, provvista di un doppio strato isolante e di relativi mezzi di controllo per il corretto funzionamento della stessa.

II trovato si inserisce, pertanto, nel settore degli elementi di riscaldamento dell’acqua, in particolare per scaldaacqua elettrici ad accumulo ma, più in generale, per qualsiasi elettrodomestico, quali lavastoviglie e lavabiancheria, che utilizzano elementi scaldanti ad immersione.

In tale genere di apparecchi vengono utilizzate, per lo più, le c. dd. resistenze elettriche corazzate. Esse comprendono un filamento elettrico resistivo coassiale ad un tubo metallico (per l’appunto la corazza) da cui è mantenuto separato essendo il filamento elettrico immerso in una polvere elettricamente isolante e chimicamente inerte (solitamente polvere di ossido di magnesio).

Durante l’inserimento della polvere, che avviene per gravità, tra corazza e filamento elettrico mantenuti verticali, la corazza è sottoposta a vibrazione per una miglior costipazione della polvere medesima.

Come da arte nota, il tubo costituente la corazza della resistenza è in materiale metallico; in passato si utilizzavano spesso leghe di rame, mentre attualmente vengono maggiormente usate leghe di alluminio o acciaio inox, meno soggette alla corrosione causata dall’effetto galvanico nei serbatoi metallici di accumulo dell’acqua riscaldata.

La polvere di ossido di magnesio, dopo essere stata inserita tra corazza e filamento elettrico, è compattata con tecniche note, ad esempio per martellatura o laminazione.

La resistenza viene, poi, sigillata alle estremità impregnando la polvere isolante con opportune resine sigillanti al fine di evitare la fuoriuscita della polvere medesima e l’ingresso di umidità; su ciascuna estremità della resistenza viene, poi, apposto un connettore (ad esempio un connettore “faston”) di collegamento a rispettivi mezzi di alimentazione elettrica; infine la resistenza rettilinea così ottenuta viene piegata e/o avvolta per conferirle la forma finale desiderata, anche complessa (ad esempio ad U, a zig-zag, a spirale, ecc.).

Una imperfetta applicazione del sigillante o successive cricche del medesimo causano l’ingresso di umidità che, facilmente assorbita dalla polvere isolante, ne pregiudica le proprietà dielettriche.

D’altra parte, visto il processo produttivo, non vi sono alternative all’uso di una polvere, dovendo utilizzare un materiale non solo facilmente costipabile e compattabile ma anche idoneo al contatto diretto con il filamento elettrico: quest’ultimo, infatti, si porta a temperature di alcune centinaia di gradi durante il funzionamento.

Da qui in avanti, per semplicità espositiva, gli elementi riscaldanti ad immersione sopra citati, a singolo stato di isolamento elettrico, saranno genericamente denominati con il termine “resistenza corazzata standard”.

La resistenza corazzata standard viene oramai realizzata con materiali e tecnologie uniformate, fornendo un’apprezzabile garanzia di buon funzionamento; tuttavia essa non è esente da inconvenienti, il maggiore dei quali risiede ovviamente nella possibilità di perforazione della corazza e del materiale isolante o comunque nell’assorbimento di umidità da parte della polvere di ossido di magnesio, con conseguente rischio di cortocircuito tra il filamento resistivo e l’acqua in cui la resistenza è immersa.

Infatti, una rottura della corazza consente all’acqua contenuta nel serbatoio di giungere a contatto con il filamento resistivo, così che l’acqua, e tutte le parti elettricamente conduttive ad essa collegate, venga a trovarsi sotto tensione.

Se le norme di sicurezza sono rispettate, sia nella costruzione dello scaldaacqua che nella realizzazione dell’impianto elettrico di alimentazione, la rottura della corazza esterna non dovrebbe comportare situazioni pericolose per l’utente. Difatti tutte le parti metalliche dello scaldaacqua, così come l’impianto elettrico, hanno un collegamento di terra ed è inoltre presente un dispositivo salvavita.

Tuttavia, le norme di sicurezza non sono sempre rispettate. Può capitare che l’impianto elettrico sia negligentemente sprovvisto di terra o che, come accade in alcuni Paesi, il salvavita sia assente.

Una soluzione parziale a questo tipo di problematiche si è raggiunta con la realizzazione di resistenze elettriche munite di un doppio strato di isolamento elettrico che, pertanto, riducono notevolmente la probabilità di cortocircuiti.

Il brevetto cinese No. CN 201298931Y descrive un esempio di tale tipo di resistenza elettrica a doppio isolamento elettrico: ad una classica resistenza corazzata standard è ulteriormente aggiunto un secondo strato isolante di ossido di magnesio ed un tubo metallico esterno, a racchiudere il tutto.

A fronte di una migliorata resistenza alla perforabilità delle due corazze e dei due strati di isolamento, vi è tuttavia anche un aumento delle fasi di lavorazione, in termini di tempo e risorse economiche: in particolare risulta alquanto laboriosa la procedura di realizzazione del secondo strato isolante in polvere di ossido di magnesio, dovendo sostanzialmente replicare le fasi già svolte per la preparazione del primo stato isolante in una resistenza standard.

Anche il secondo strato è poi soggetto ai rischi di ingresso di umidità per imperfezioni della sigillatura con resina.

Infine, il marcato aumento di diametro dovuto al secondo strato isolante e al tubo metallico esterno rende più difficoltosa la piegatura per il conferimento della forma finale desiderata.

In tale documento cinese CN 20129893 1Y non sono previsti mezzi di controllo per la verifica del regolare funzionamento della resistenza elettrica, ossia per monitorare il suo stato di usura e scongiurare rischi per l’utente in caso di perforazione e corto circuito tra l’elemento resistivo e l’acqua di accumulo.

Scopo principale del presente trovato è di ovviare, almeno in parte, a tali inconvenienti, prevedendo una resistenza elettrica provvista di un doppio isolamento con adeguate peculiarità in termini di sicurezza e semplificazione costruttiva.

Secondo scopo del presente trovato è quello di indicare mezzi e metodi per il controllo del regolare funzionamento della resistenza elettrica.

Ulteriore scopo è di prevedere modalità di avvertimento e di messa in sicurezza in caso di malfunzionamento della resistenza elettrica.

Questi ed altri scopi, che risulteranno chiari in seguito, si conseguono con il dispositivo illustrato nella seguente descrizione e nelle rivendicazioni annesse, che costituiscono parte integrante della descrizione medesima.

Ulteriori caratteristiche del presente trovato risulteranno meglio evidenziate dalla seguente descrizione di una preferita forma di realizzazione, conforme alle rivendicazioni brevettuali e illustrata, a puro titolo esemplificativo e non limitativo, nelle allegate tavole di disegno, in cui:

- la figura 1 è una vista schematica di una resistenza elettrica e del relativo dispositivo di controllo secondo l’invenzione;

- la figura 2 mostra i medesimi componenti della fig. 1 ma con un tratto di resistenza elettrica sezionato trasversalmente.

- la figura 3 mostra, in forma schematica, un dispositivo di misura del potere dielettrico degli strati isolanti di una resistenza elettrica secondo l’invenzione. Si descrivono ora le caratteristiche del trovato, avvalendosi dei riferimenti contenuti nelle figure.

Con il riferimento 1 è indicata una resistenza corazzata secondo l’invenzione nella sua globalità: nelle figure allegate tale resistenza corazzata 1 assume una comune forma geometrica ad U, sulle cui due estremità sono dislocati faston 7 per il collegamento ai rispettivi connettori di alimentazione elettrica. Gli insegnamenti della presente invenzione sono applicabili, però, a resistenze aventi qualsiasi altra forma geometrica.

Come da arte nota, la resistenza corazzata 1 comprende un filamento resistivo 2, in genere in forma di spirale, circondato da un primo strato isolante 3 di ossido di magnesio, il tuto racchiuso da un primo tubo metallico 4 o tubo metallico interno 4.

Tale tubo metallico 4 è ulteriormente circondato da un secondo strato isolante 5 e, esternamente a quest’ultimo, da un secondo tubo metallico 6 o tubo metallico esterno 6 di diametro maggiore del primo, che costituisce Γ effetiva corazza esterna della resistenza corazzata 1.

Il secondo tubo metallico esterno 6 può essere dello stesso materiale del tubo metallico utilizzato per resistenze a singolo isolamento e, cioè, le dete leghe di rame o alluminio oppure acciaio inox, con preferenza per queste due ultime leghe, maggiormente resistenti alla corrosione galvanica.

Per contro, il tubo metallico interno 4, non più a contato con l’acqua, può essere di leghe meno nobili e costose, non necessariamente resistenti alla corrosione quali leghe di acciaio dolce.

Secondo la presente invenzione, il secondo strato isolante 5, interposto tra i due tubi metallici 4 e 6, consiste in un tubolare di materiale plastico impermeabile all’acqua e termoretraibile, ossia in una guaina termorestrigente capace di aderire atorno al tubo metallico 4 previo riscaldamento.

Il procedimento per la realizzazione della resistenza corazzata 1 secondo l’invenzione è il seguente.

Si parte da una resistenza corazzata standard 2, 3, 4 già formata e retilinea; tal resistenza 2, 3, 4 può essere formata secondo l’arte nota, senza che il processo produtivo e le relative attrezzature di produzione siano modificate e, cioè, sostanzialmente secondo i seguenti passi noti e già descriti:

- inserimento del filamento 2 nel primo tubo metallico 4;

- inserimento e costipazione per vibrazione del primo strato isolante 3, consistente in polvere di ossido di magnesio, entro il primo tubo metallico 4;

- compattamento per martellatura o laminazione del primo strato isolante 3;

- eventuale sigillatura delle estremità della resistenza così ottenuta ed eventuale apposizione dei faston 7 o di connettori elettrici 7 equivalenti.

Secondo l’invenzione, la resistenza corazzata 1 a doppio isolamento si ottiene con i seguenti passi elencati in ordine cronologico:

1. inserimento della resistenza rettilinea a singolo isolamento 2, 3, 4 all’interno dell’elemento tubolare termoretraibile 5 destinato a formare il secondo strato isolante 5;

2. riscaldamento dell’elemento tubolare termoretraibile 5 sino a che sL retrae e serra attorno al primo tubo metallico 4;

3. inserimento del primo assieme 2, 3, 4, 5 così ottenuto aH’intemo del secondo tubo metallico 6, avente diametro interno appena superiore a quello di detto assieme 2, 3, 4, 5, sì da consentire che tale inserimento sia agevole;

4. laminazione o martellatura del secondo assieme 2, 3, 4, 5, 6 così ottenuto; tale laminazione o martellatura può essere più blanda di quella precedente in quanto non è richiesto il compattamento della polvere di magnesio, già ottenuto in precedenza, ma solo il serraggio del secondo tubo metallico 6 contro il secondo strato isolante 5;

5. il processo è completato con la piegatura della resistenza corazzata 1 nelle forme desiderate.

Prima o dopo uno qualsiasi dei passi da 1 a 5, è possibile l’eventuale sigillatura del primo strato isolante 3 e l’eventuale apposizione dei faston 7 o di connettori elettrici 7 equivalenti, se non già fatto in precedenza sulla resistenza corazzata standard.

A partire da dopo il passo 4, una ulteriore fase potrebbe consistere nella sigillatura anche delle estremità del secondo strato isolante 5, ma ciò non è strettamente necessario poiché, non essendo esso costituito da materiale igroscopico, non vi è pericolo di assorbimento di umidità.

Si vuole osservare che il processo sopra descritto, atto a formare il secondo strato isolante 5 ed a proteggerlo con il secondo tubo metallico 6 secondo l’invenzione, è del tutto indipendente dalle modalità di realizzazione della resistenza elettrica 2, 3, 4 interna a tale strato, purché rettilinea, su cui tal secondo strato 5 è realizzato.

Preferibilmente lo spessore del secondo strato isolante 5 non supera il millimetro; ancor più preferibilmente tale spessore è compreso tra 0,5 ed 1 mm.

Prove di funzionamento della resistenza corazzata 1 a doppio isolamento 1, immersa in acqua e nelle condizioni operative più gravose, hanno mostrato che il secondo strato isolante 5 si porta ad una temperatura massima di 200 °C.

Di conseguenza il materiale termoretraibile da utilizzare deve essere idoneo a tali temperature. A titolo di esempio, sono utilizzabili degli elementi tubolari termoretraibili in PTFE, che resistono sino a 260 °C, ma anche dei fuoroelastomeri, noti ad es. con il marchio commerciale Viton, che resistono a 220 °C.

La resistenza corazzata 1, realizzata nella maniera appena descritta, possiede, pertanto, un doppio strato di isolamento al pari di alcuni prodotti dell’arte nota, diminuendo notevolmente il rischio di corto circuito dovuto alla perforazione della corazza esterna. Tuttavia, diversamente da quanto sinora conosciuto, il suo processo produttivo è notevolmente velocizzato in quanto il secondo strato di isolamento è realizzato con la rapida applicazione di una guaina termoretraibile e non con il laborioso inserimento di altra polvere di ossido di magnesio.

L’utilizzo della guaina termoretraibile apporta, inoltre, l’ulteriore vantaggio di essere sostanzialmente immune all’assorbimento di umidità che, al contrario, inficia l’integrità funzionale di imo strato isolante composto dalla polvere di ossido di magnesio.

Detta guaina termoretraibile 5, inoltre, se non lesionata, manterrebbe la sua impermeabilità all’acqua anche se il tubo metallico esterno 6 o interno 5 subissero delle microforature per corrosione, tensioni meccaniche o altre cause, anche se, cioè, venisse a contatto con l’acqua sull’ima o l’altra faccia. ' La formazione della resistenza corazzata 1 è stata descritta a partire da uqa resistenza corazzata standard 2, 3, 4.

In realtà, per la formazione della resistenza corazzata 1 a doppio isolamento secondo l’invenzione non ha importanza il processo di formazione e la composizione della suddetta resistenza a singolo isolamento 2, 3, 4; ad esempio il primo strato isolante 3 potrebbe non essere costituito da polvere di ossido di magnesio e la tecnologia produttiva potrebbe essere del tutto diversa da quella illustrata; l’essenziale è che questa resistenza a singolo isolamento 2, 3, 4 sia rettilinea.

La resistenza corazzata 1 così realizzata può essere vantaggiosamente provvista di una centralina 8 di monitoraggio e controllo per verificarne il correto funzionamento ed aumentare ulteriormente il grado di sicurezza dello scaldaacqua in cui è inserita la resistenza elettrica secondo l’invenzione .

Tale centralina 8 comprende un microprocessore elettronico mentre alcune parti possono essere di tipo eletromeccanico. La centralina 8, in caso rilevi la perdita delle carateristiche dieletriche richieste per la sicurezza nel primo e/o nel secondo strato isolante 3, 5 emete un segnale di allarme acustico e/o visivo e può anche interrompere l’alimentazione elettrica della resistenza corazzata 1 secondo l’invenzione.

Poiché è altamente improbabile che sia il primo che il secondo strato isolante 3, 5 subiscano danni contemporaneamente, ed avendo ciascuno di essi, se integro, potere dieletrico sufficiente, il sistema di controllo interviene prima che si verifichino effetive situazioni di pericolo.

La centralina 8 su cui poggia tale sistema di controllo e monitoraggio, potrebbe comportare solo un minimo aggravio di costo perché in realtà essa potrebbe consistere nella aggiunta di componenti ed istruzioni ad una centraline, già prevista negli apparecchi eletrodomestici (quali uno scaldaacqua elettrico ad accumulo) per lo svolgimento di altre funzioni, come ad esempio la termoregolazione e/o la termoprotezione, la verifica del contenuto energetico dell’apparecchio, la stima della temperatura media e degli orari di termostatazione.

Si descrivono ora, nella forma più generale, le funzioni e, schematicamente, con riferimento alla fig. 3, i componenti principali della centralina 8.

Un misuratore M4-6 del potere dielettrico D5 del secondo strato isolante 5 ha i capi collegati elettricamente al tubo metallico esterno 6 ed al tubo metallico interno 4 tramite rispettivamente i cavetti 6.1 e 4.1.

Analogamente, un misuratore M2-4 del potere dielettrico D3 del primo strato isolante 3 ha i capi collegati elettricamente al tubo metallico interno 4 ed al filamento resistivo 2 tramite rispettivamente i cavetti 4.1 e 2.1.

Ad intervalli di tempo T regolari o in altre circostanze (quando, ad esempio, la regolazione termostatica decide la attivazione della resistenza corazzata 1), per una durata di tempo ΔΤ che può essere di pochi secondi, i due misuratori M4-6 e M2-4 misurano il potere dielettrico D5 e D3 dei rispettivi strati isolanti 5 e 3.

Se uno dei due strati isolanti 5 o 3 risulta avere potere dielettrico D5 e D3 minore del minimo considerato accettabile, la centralina 8 emette un segnale di allarme acustico e/o visivo.

In aggiunta o in alternativa a tal segnale di allarme, la centralina 8 può disconnettere dalla rete di alimentazione la resistenza corazzata 1 , ad es. aprendo due relais R1 e R2.

Almeno negli scaldacqua elettrici, tali due relais RI e R2 possono essere già presenti per le funzioni di termostatazione o termoprotezione; si vedano, ad es. gli insegnamenti del documento EP 1 652017.

E’ preferibile che i misuratori del potere dielettrico M4-6 e M2-4 non siano mai collegati alla tensione di rete.

Ciò può ottenersi tramite i già detti relais R1 e R2 ed ulteriori due relais R3 e R4.

Il relais R3 interrompe il collegamento del cavetto 2.1 che giunge al misuratore M2-4.

Il relais R4 interrompe il collegamento del cavetto 4.1 che giunge ad entrambi i misuratori M4-6 e M2-4.

Il cavetto 4.1 va interrotto perché risulterebbe sotto tensione se il primo strato isolante 3 fosse compromesso.

I due relais R1 e R2 sono entrambi chiusi quando la resistenza corazzata 1 è inserita, mentre solo uno di essi è aperto quando la resistenza corazzata 1 non deve erogare calore per cui, in normali condizioni operative, con resistenza inserita o disinserita, il filamento resistivo 2 è possibile che sia sempre sotto tensione, in quanto non si può essere sicuri che il relais chiuso sia collegato al neutro della rete di alimentazione elettrica.

Un istante prima che abbia luogo la misura del potere dielettrico degli strati isolanti 3 e 5, i due relais RI e R2 vengono aperti isolando la resistenza corazzata 1 dalla rete e, subito dopo, i due relais R3 e R4 vengono chiusi.

A questo punto i due misuratori M4-6 e M2-4 misurano il potere dielettrico D5 e D3 dei rispettivi strati isolanti 5 e 3.

Se, invece, i valori di potere dielettrico D5 e D3 sono stati trovati essere nella norma, l’assetto dei relais toma ad essere quello del normale funzionamento.

La presenza dei relais R1, R2, R3 e R4 non è necessaria dal punto di vista della stretta logica funzionale ma ha il solo scopo di evitare che parti della centralina 8 siano sotto tensione.

In luogo di uno o più dei relais R1, R2, R3 e R4 possono essere previsti altri interruttori di corrente, ad es. dei TRIAC R1 , R2, R3 e R4.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI Riv. 1 Resistenza corazzata (1) a doppio isolamento ad immersione per apparecchi elettrodomestici, in particolare per scaldaacqua elettrici ad accumulo, comprendente dal centro verso l’esterno: - un filamento elettrico resistivo (2), - un primo strato di isolamento (3), - un primo tubo metallico (4), - un secondo strato di isolamento (5), - un secondo tubo metallico (6), - connettori elettrici (7) alle estremità di detto filamento resistivo (2), caratterizzata dal fatto che detto secondo strato di isolamento (5) consiste in un tubolare (5) di materiale plastico termoretraibile - serrato su detto primo tubo metallico (4) - e resistente alle temperature operative più gravose. Riv.
2. 2 Resistenza corazzata (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che detto tubolare (5) di materiale plastico termoretraibile, una volta retratto, ha spessore compreso tra 0,5 ed 1 mm. Riv.
3. 3 Resistenza corazzata (1) secondo qualsiasi rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che detto tubolare (5) di materiale plastico termoretraibile è in PTFE. Riv.
4. 4 Resistenza corazzata (1) secondo qualsiasi rivendicazione precedente, 3 esclusa, caratterizzata dal fatto che detto tubolare (5) di materiale plastico termoretraibile è in fuoroelastomero. Riv.
5. 5 Resistenza corazzata (1) secondo qualsiasi rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che detto secondo tubo metallico (6) è serrato contro detto secondo strato di isolamento (5). Riv.
6. 6 Centralina (8) di monitoraggio e controllo dei poteri dielettrici D3 e D5 di detti primo e secondo strato di isolamento (3, 5) di detta resistenza corazzata (1), caratterizzata dal fatto di comprendere - un misuratore (M2-4) del potere dielettrico di detto primo strato isolante (3), collegato tramite cavetti (2.1, 4.1) rispettivamente al detto filamento elettrico resistivo (2) ed al detto primo tubo metallico (4), - un misuratore (M4-6) del potere dielettrico di detto secondo strato isolante (5) collegato tramite cavetti (4.1, 6.1) rispettivamente al detto primo tubo metallico (4) ed al detto secondo tubo metallico (6), - mezzi per la segnalazione acustica o visiva di valori inaccettabili di detti poteri dielettrici D3 o D5 eventualmente misurati da detti misuratori (M2-4, M4-6). Riv.
7. 7 Centralina (8) di monitoraggio secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto di essere inoltre idonea a disconnettere dalla rete elettrica entrambe le estremità del detto filamento resistivo (2) tramite opportuni interruttori di corrente (RI, R2). Riv.
8. 8 Centralina (8) di monitoraggio secondo almeno la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto di comprendere opportuni primi interruttori di corrente (R3, R4) che possono interrompere i cavetti (2.1, 4.1) di collegamento rispettivamente al detto filamento elettrico resistivo (2) ed al detto primo tubo metallico (4) e tramite ulteriori opportuni interruttori di corrente (RI, R2) che possono disconnettere detta resistenza corazzata (1) dalla rete di alimentazione elettrica, essendo - detti primi interruttori di corrente (R3, R4), aperti quando la resistenza corazzata (1) è in condizioni operative e chiusi quando è in corso la misura dei detti poteri dielettrici D3 e D5, - detti ulteriori opportuni interruttori di corrente (RI, R2), aperti quando è in corso la misura dei detti poteri dielettrici D3 e D5 Riv.
9. 9 Centralina (8) di monitoraggio secondo almeno la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che almeno alcuni di detti primi o ulteriori interruttori di corrente (R3, R4, RI, R2) sono dei relais (R3, R4, R17 R2). Riv.
10. 10 Centralina (8) di monitoraggio secondo almeno la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che almeno alcuni di detti primi o ulteriori interruttori di corrente (R3, R4, RI, R2) sono dei TRIAC (R3, R4, RI, R2).