ITAN20100131A1 - Termostato elettronico ed elettromeccanico perfezionato - Google Patents

Description

“TERMOSTATO ELETTRONICO ED ELETTROMECCANICO PERFEZIONATOâ€

DESCRIZIONE DELL ’ INVENZIONE

Forma oggetto del presente trovato un dispositivo termoregolatore per apparecchi riscaldatori elettrodomestici, in particolare per scaldaacqua ad accumulo, ancor più in particolare, ad alimentazione elettrica.

Più precisamente, la presente invenzione si riferisce ad un dispositivo di controllo, regolazione e sicurezza per tali scaldaacqua elettrici ad accumulo, che integra in un unico e compatto congegno le funzionalità di controllo e regolazione di un sistema elettronico con le modalità di sicurezza di un sistema elettro-meccanico.

In brevetti anteriori presentati dalla medesima società (o da società appartenenti allo stesso gruppo industriale) richiedente l’attuale brevetto, sono già state descritte soluzioni costruttive atte a perfezionare il funzionamento dei termostati e dei termoprotettori utilizzati negli scaldaacqua elettrici ad accumulo.

Per una trattazione esauriente dello stato dell’arte nel settore, si rimanda alla lettura dei documenti EP 0651412 e EP 1652017; in questa sede, per sintesi espositiva, à ̈ sufficiente ricordare che negli scaldaacqua elettrici ad accumulo sono presenti due tipi di termostati, solitamente integrati in un unico dispositivo, per il controllo della temperatura dell’acqua contenuta nel serbatoio di accumulo: il primo à ̈ un termostato di regolazione (termostato termoregolatore) atto a mantenere la temperatura dello scaldaacqua sul valore imposto dal costruttore e/o selezionato dall’utente; il secondo à ̈ un termostato termoprotettore atto ad interrompere l’alimentazione delle resistenze elettriche al raggiungimento di una temperatura limite.

In tale tipo di dispositivi per scaldaacqua à ̈ assai diffuso l’utilizzo di un elemento termosensibile prolungantesi all’ interno del serbatoio di accumulo costituito da un tubo termodilatabile, in genere ottone, all’ interno del quale à ̈ coassialmente posizionata un’asta a bassa dilatazione termica, in genere INVAR (di qui in poi la coppia “tubo termodilatabile/asta a bassa dilatazione termica†verrà brevemente denominata “attuatore a tubo ed asta†). All’ aumentare della temperatura dell’acqua di accumulo, il tubo di ottone à ̈ soggetto ad un allungamento che trascina anche l’asta di INVAR, ad esso vincolata all’estremità più esterna. Detta asta esplica, pertanto, l’azione di attuatore meccanico sui contatti interni al termostato, interrompendo/ripristinando l’alimentazione delle resistenze elettriche.

Le varianti più semplici e ben note prevedono che l’attuatore a tubo ed asta funga da sensore ed attuatore solo per la termoregolazione, per il fatto che, tramite esso, si va ad agire su un microinterruttore a lamina elastica monostabile, sì da provocare successive aperture/chiusure dei contatti per l’alimentazione elettrica degli elementi scaldanti. La funzione di termoprotezione, invece, à ̈ svolta da un attuatore consistente in un noto elemento bimetallico termosensibile

A

(comunemente denominato “clickson†) bistabile, dislocato internamente alla scatola del termostato in posizione sufficientemente vicina al suddetto tubo termodilatabile dell’attuatore a tubo ed asta da far si che la sua temperatura sia marcatamente influenzata dalla temperatura dello scaldaacqua tramite il tubo termodilatabile medesimo, che funge passivamente da conduttore di calore. Se la temperatura raggiunta dal clickson supera un valore di sicurezza, esso scatta in modo irreversibile aprendo dei contatti elettrici.

Nel citato documento EP 0651412, invece, sull’attuatore a tubo ed asta si basa non solo la funzione di termoregolazione ma anche quella di termoprotezione. L’attuatore a tubo ed asta, secondo tal documento, va ad agire anche su un disco bimetallico bistabile, capace di invertire la bombatura della propria concavità, in maniera non reversibile, sotto l’azione dell’asta al raggiungimento di una temperatura limite sì da causare l’apertura dei contatti e mettere in sicurezza lo scaldaacqua.

Nel già citato documento EP 1652017 à ̈ descritto, invece, un termostato termoregolatore e termoprotettore interamente elettronico.

Secondo tecniche note, il microprocessore dei termostati elettronici, con i relativi sensori di temperatura, à ̈ realizzato su ima scheda molto stretta ed allungata, di dimensioni di ingombro analoghe a quelle dell’attuatore a tubo ed asta così che esso à ̈ alloggiato agevolmente al posto della detta coppia “tubo termodilatabile/asta di INVAR†nella medesima guaina.

L’impiego dell’elettronica e dei corrispondenti sensori elettronici (generalmente NTC) consente ima precisione di regolazione non raggiungibile dai termostati elettromeccanici ed offre la possibilità di gestire una serie di funzioni dello scaldaacqua (ad esempio, temperature, apprendimento delle modalità d’uso o altro) che ne migliora nettamente l’efficienza energetica.

Tuttavia, oltre al maggior costo di un dispositivo completamente elettronico, la funzione di termoprotezione svolta dal dispositivo elettromeccanico precedentemente descritto à ̈ di ottimo livello di affidabilità, ottemperando a tutte le disposizioni di sicurezza richieste dalle norme vigenti.

Pertanto à ̈ sicuramente conveniente evitare di disperdere i vantaggi economici e di funzionamento derivanti da un dispositivo di sicurezza elettromeccanico realizzato in accordo all’arte nota, ma à ̈ altrettanto appropriato usufruire dei progressi consentiti dai mezzi elettronici di un dispositivo di regolazione elettronico.

E’ però impossibile alloggiare in una medesima guaina delle dimensioni correnti sia la scheda di un termoregolatore elettronico che l’attuatore a tubo ed asta di un termoprotettore elettromeccanico.

Scopo del presente trovato à ̈ quello di prevedere un unico e compatto dispositivo di controllo atto a fungere da termoregolatore elettronico e termoprotettore elettromeccanico in uno scaldaacqua elettrico ad accumulo, assommando, quindi, l’affidabilità di un sistema elettromeccanico con la precisione di regolazione e la flessibilità di gestione di un sistema elettronico.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di rendere possibile a tutti i sensori di temperatura di tale dispositivo di essere alloggiati nelle guaine di dimensioni correnti e previste attualmente per T alloggiamento alternativo o della scheda di un termoregolatore elettronico o delTattuatore a tubo ed asta.

Questo 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 à ̈ una vista prospettica del dispositivo secondo una prima variante dell’ invenzione;

la figura 2 à ̈ una vista in dettaglio di quanto rappresentato in fig. 1 ; la figura 3 mostra l’interno del dispositivo in accordo ad una seconda variante dell 'invenzione;

- la figura 4 à ̈ una vista esplosa di un dispositivo secondo l’invenzione;

la figura 5 mostra in prospettiva il dispositivo secondo una utile possibilità offerta dall’invenzione;

la figura 6 mostra l’interno del dispositivo in accordo ad una ulteriore possibilità offerta dall’invenzione.

Gli insegnamenti dell’invenzione sono particolarmente utili per agevolare l’assemblaggio ed il montaggio in uno scaldaacqua di un termostato con termoregolazione elettronica e termoprotezione elettromeccanica.

Gli insegnamenti dell’invenzione sono, inoltre, altrettanto utili per agevolare l’assemblaggio di un termostato con termoregolazione e termoprotezione elettronica.

Si descrivono ora le caratteristiche del trovato, avvalendosi dei riferimenti contenuti nelle figure.

Con riferimento alla figura 1 , con 1 à ̈ indicato nel complesso il dispositivo atto a svolgere, almeno, le funzioni di termoregolazione e termoprotezione, in particolare di uno scaldaacqua elettrico ad accumulo. Da qui in avanti, detto dispositivo 1 sarà indicato genericamente con il termine “termostato†. Si precisa, inoltre, che qualsiasi termine dimensionale e spaziale (quale “inferiore†, “superiore†, “sottostante†e simili) si riferisce alla posizione secondo cui i dispositivi sono rappresentati nelle figure allegate.

II termostato 1 comprende una scatola 2 di contenimento costituita da una base 2.1 e da un coperchio 2.2, al cui interno trova alloggiamento una scheda elettronica 8 (si vedano le figg. 2, 3 4 o 6) ospitante, tra l’altro, un microprocessore atto a controllare, almeno, la finizione di termoregolazione.

Superiormente a detta base 2.1 della scatola 2, appositi faston di collegamento 2.6 (o equivalenti connettori elettrici) alimentano una o più resistenze elettriche (non mostrate in figura), preposte al riscaldamento dell’acqua contenuta nel serbatoio di accumulo.

La scatola 2, almeno nelle varianti preferite dell’invenzione, contiene anche gli organi deputati alla funzione di sicurezza (non mostrati in figura).

Dalla base 2.1 di detta scatola 2 si protende un elemento portasonde 3. Come mostrato in fig. 1, detto elemento portasonde 3, secondo la variante principale dell’invenzione, à ̈ costituito da un tubo metallico 3 avente, per l’appunto, la funzione di supportare le sonde deputate alla funzione di termoregolazione elettronica. Tuttavia, tale elemento portasonde 3 à ̈ anche elemento essenziale della funzione di termoprotezione elettromeccanica.

Se la termoprotezione elettromeccanica à ̈ del tipo più tradizionale, assicurata da un elemento bimetallico termosensibile (clickson), detto elemento portasonde 3 funge da conduttore di calore per far sì che la temperatura del clickson sia influenzata marcatamente dalla temperatura dello scaldaacqua.

Se la termoprotezione elettromeccanica à ̈, invece, del tipo insegnato in EP 0651412, deto elemento portasonde 3 à ̈ il tubo termodilatabile dell’attuatore a tubo ed asta.

Come deto, la scatola 2 del termostato 1 alloggia non soltanto i mezzi attuatoli della sicurezza, azionati dal movimento dell’elemento portasonde 3 e deputati aH’apertura/chiusura dei contati eletrici del circuito che alimenta i faston di collegamento 2.6 delle resistenze; essa ospita anche una scheda elettronica 8, capace di ricevere i segnali provenienti da appositi sensori elettronici, per poi trasmeterli al microprocessore di cui à ̈ dotato l’apparecchio eletrico.

Deti sensori eletronici sono indicati con il riferimento 5 e sono dislocati sull’elemento portasonde 3. Come da arte nota, tali sensori eletronici 5 sono preferibilmente del tipo NTC e sono in numero variabile a seconda delle funzioni che si desidera essi svolgano. Può essere presente un unico sensore ma generalmente ve ne sono più di uno dislocati a diverse altezze per rendere possibile l’attuazione di varie funzioni accessorie migliorative o estranee alla termoregolazione quali, ad esempio, la stima della temperatura media o del contenuto energetico dello scaldaacqua. Comunque, per semplicità espositiva, da qui in poi si farà riferimento alla variante con due sensori eletronici 5, come d’altronde à ̈ rappresentato nelle figure allegate.

Uno dei problemi tecnici risolti dalla presente invenzione consiste nella particolare realizzazione dei percorsi condutivi e nelle modalità di collegamento dei sensori 5 e di tali percorsi alla scheda elettronica 8.

L’elemento comune a tute le varianti risiede nel fato che i percorsi condutivi elettrici, che collegano i sensori 5 sino alla scatola 2 del termostato e/o direttamente alla scheda eletronica 8, sono realizzati per serigrafia, tecnica di stampaggio ormai utilizzata da tempo, sebbene non nel settore dei termostati.

Per una diffusa trattazione della tecnica di serigrafia su elementi utilizzabili in apparecchi elettrici, si veda il documento anteriore No. 1290381 depositato dalla richiedente il medesimo brevetto, in cui viene descritta una resistenza tubolare elettrica munita di superficie esterna serigrafata, ossia sulla quale sono progressivamente depositati uno o più strati di materiale dielettrico ed un circuito elettrico stampato ottenuto con l’apposizione di una pasta conduttiva che va a realizzare un vero e proprio circuito elettrico.

Le figg. 1 e 2 mostrano una prima variante dell’invenzione in cui detti percorsi conduttivi 6 sono, per l’appunto, serigrafati direttamente sull’elemento portasonde 3 per un tratto che va da detti sensori 5 sino all’estremità inferiore di detto elemento portasonde 3 a contatto con la base 2.1 della scatola del termostato 1.

L’ulteriore collegamento dei percorsi conduttivi 6 sino alla scheda elettronica 8 à ̈ assicurato da un elemento flessibile conduttivo 7, il quale congiunge l’estremità inferiore di detti percorsi 6 ad un connettore 7.1 di detta scheda elettronica 8.

Tale elemento flessibile conduttivo 7 consiste in un FPCB, ossia in un “flexible printed circuit board†(per brevità, altresì denominabile “flex†), cioà ̈ un nastro flessibile sul quale vengono serigrafate una o più piste resistive, realizzando, pertanto, un percorso conduttivo del tutto analogo ai percorsi conduttivi 6.

In tal maniera, i segnali captati dai sensori elettronici 5 giungono sino alla scheda elettronica 8 nosta all’intemrnno della scatola 2 del termostato 1 ner noi essere opportunamente indirizzati al microprocessore dello scaldaacqua tramite un usuale connettore inseribile nella presa di connessione 2.3.

In fig. 3 à ̈ mostrata una seconda variante della modalità di collegamento tra i sensori 5 e la scheda elettronica 8: in questo caso Γ elemento portasonde 3 non si ferma a contatto con la base 2.1 della scatola 2 bensì si prolunga all’ interno della stessa sino a giungere a contatto diretto con la scheda elettronica 8 o, meglio, con un innesto 8.1 vincolato su detta scheda.

In questa variante i percorsi conduttivi 6, sempre serigrafati sulla lunghezza dell’ elemento portasonde 3 per un tratto che va dai sensori 5 sino airestremità inferiore di detto elemento, pervengono a contatto con l’innesto 8.1, tecnicamente consistente in un connettore atto a ricevere per contatto i segnali elettrici trasportati da detti percorsi conduttivi 6.

Pertanto in tale seconda variante dell’invenzione i percorsi conduttivi 6 realizzati sull’elemento portasonde 3 giungono sostanzialmente a contatto con la scheda elettronica 8 senza l’ausilio di un ulteriore cavo conduttore, come il flex 7 della prima variante, restando immutato il risultato finale di trasferire il segnale captato dai sensori elettronici 5 a detta scheda 8 tramite percorsi conduttivi serigrafati.

In qualsiasi delle varianti sopra esposte, i sensori elettronici 5 sono classici termistori NTC o PTC, apposti tramite saldatura o, nel caso dei PTC, anche realizzati direttamente per serigrafia, in quest’ultima evenienza, vantaggiosamente, con la stessa tecnologia usata per i rispettivi percorsi conduttivi 6.

E’ opportuno segnalare che il vantaggio della tecnologia appena esposta si presta utilmente a realizzare elementi portasonde 3 per termostati esclusivamente elettronici.

Ciò à ̈ mostrato nelle figure appena esaminate dove il portasonde 3 può sempre consistere in un tubo, ma non necessariamente conduttore di calore. Ma il portasonde 3 può anche essere conformato come nelle figg. 5 e 6.

In fig. 5 l’elemento portasonde 3 funge da sostegno per una barretta piana 9 su cui sono realizzati i sensori elettronici 5 ed i percorsi conduttivi 6. In questo caso tali percorsi conduttivi 6 consistono nello stesso cavo flex 7, apposto sull’intero tratto di detta barretta 9, tra i sensori 5 e sino alla sua estremità inferiore a contatto con la base 2.1 della scatola del termostato 1.

II medesimo cavo flex 7, senza soluzione di continuità con i percorsi conduttivi 6, permane anche come elemento di connessione tra l’estremità inferiore dell’assieme “elemento portasonde 3-barretta 9†ed il connettore 7.1 della scheda elettronica 8.

In fig. 6 à ̈ mostrata una variante ulteriormente semplificata paragonabile alla variante rappresentata nella fig. 3 per ciò che concerne la connessione diretta dei percorsi conduttivi 6 alla scheda elettronica 8, ma assimilabile alla variante di fig. 5 per quel che riguarda l’elemento di supporto dei sensori 5 e dei detti percorsi conduttivi 6.

In tale configurazione, infatti, viene meno la presenza del tubo 3 nell’accezione sinora vista di elemento portasonde, poiché i sensori 5 ed i rispettivi percorsi conduttivi 6 sono apposti per serigrafia direttamente su una barretta piana 9, che giunge a contatto con la scheda elettronica 8, più precisamente con un innesto 8.1 fissato a detta scheda. In questo caso, pertanto, à ̈ la stessa barretta piana 9 che si configura come elemento portasonde.

La fig. 4 mostra ima vista esplosa del termostato 1, in cui à ̈ posta in risalto una possibile caratteristica del termostato appena descritto, consistente nel fatto che i pin 2.4 (atti a vincolare meccanicamente la base 2.1 della scatola 2 alla sottostante scheda elettronica 8 tramite reciproci fori 2.5), o almeno uno di essi, svolgono anche il ruolo di connettori elettrici della stessa scheda 8 alla rete e alle resistenze elettriche.

Gli stessi pin 2.4 assumono anche il ruolo di distanziatori della scheda elettronica 8 dalla base 2.1 della scatola 2 di contenimento, di modo da evitare indesiderati surriscaldamenti della scheda e creare adeguato spazio per i suoi componenti, quali il relais 8.2 di regolazione e/o termoprotezione (la cui apertura-chiusura controlla l’alimentazione di corrente alle resistenze) e i fusibili che proteggono i contatti dei vari relais da sovracorrenti che determinerebbero Γ incollaggio degli stessi.

Come desumibile dalla descrizione del presente trovato, il vantaggio principale del termostato 1 risiede nel coniugare in un unico corpo le funzionalità di sicurezza tipiche di un dispositivo elettromeccanico con le capacità di regolazione di un dispositivo elettronico, sfruttando gli elementi e le dimensioni di un classico termostato ad asta.

Questa peculiarità à ̈ presente in particolar modo nella variante dell’invenzione in cui l’elemento portasonde 3 à ̈ rappresentato dall’attuatore a tubo ed asta: in tale caso l’elemento portasonde 3 à ̈ già previsto per assolvere regolarmente alla funzione di termoprotezione ma, senza la necessità di dover prevedere elementi supplementari di sostegno, funge pure da supporto per i sensori elettronici 5 ed i percorsi conduttivi 6 dediti alla funzione di termoregolazione.

E’ chiaro che numerose varianti del termostato 1 oggetto dell’invenzione sono possibili all’uomo del ramo, senza per questo uscire dagli ambiti di novità insiti nell’idea inventiva, così come à ̈ chiaro che nella pratica attuazione dell’invenzione i vari componenti in precedenza descritti potranno essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI Riv. 1 Termostato (1) per riscaldatore elettrico, in particolare scaldaacqua elettrico ad accumulo, munito di termoregolatore elettronico e termoprotettore, comprendente: - una scatola (2) di contenimento, - una scheda elettronica (8) comprendente, a sua volta, un microprocessore atto almeno a gestire la funzione di regolazione, un elemento portasonde (3) che si protende esternamente dalla base (2.1) di detta scatola (2), atto a supportare uno o più sensori (5) di temperatura idonei ad una termoregolazione elettronica, - mezzi (6, 7) per il collegamento elettrico tra detti uno o più sensori (5) e detta scheda elettronica (8), - connettori di collegamento (2.6) alimentanti una o più resistenze elettriche, caratterizzato dal fatto che detti mezzi (6, 7) per il collegamento elettrico tra detti uno o più sensori (5) e detta scheda elettronica (8) comprendono percorsi conduttivi (6) serigrafati su almeno un tratto di detto elemento portasonde (3). Riv.
2. 2 Termostato (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che - detto termoprotettore à ̈ di tipo elettromeccanico - e detto elemento portasonde (3) consiste in un tubo metallico (3) facente parte di detto termoprotettore elettromeccanico . Riv.
3. 3 Termostato (1) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che - detto termoprotettore elettromeccanico à ̈ del tipo con attuatore ad elemento bimetallico termosensibile (clickson) - e detto elemento portasonde (3) funge da conduttore di calore dallo scaldaacqua a detto clickson. Riv.
4. 4 Termostato (1) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che - detto termoprotettore elettromeccanico à ̈ del tipo con attuatore a tubo ed asta - e detto elemento portasonde (3) consiste nel tubo (3) del detto attuatore a tubo ed asta. Riv.
5. 5 Termostato (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento portasonde (3) consiste in una barretta piana (9). Riv.
6. 6 Termostato (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che - detto elemento portasonde (3) giunge sino alla base (2.1) della scatola (2) di detto termostato (1), - detti percorsi conduttivi (6) sono serigrafati su detto elemento portasonde (3) per un tratto che va dai detti sensori (5) sino alPestremità inferiore dell’elemento portasonde (3) medesimo a contatto con la detta base (2.1), l’estremità inferiore di detti percorsi conduttivi (6) essendo collegata alla scheda elettronica (8) tramite un cavo flex (7) che si collega ad un connettore (7.1) di detta scheda elettronica (8). Riv.
7. 7 Termostato (1) secondo qualsiasi rivendicazione dalla 1 alla 5 inclusa, caratterizzato dal fatto che - i percorsi conduttivi (6) sono serigrafati su un cavo flex (7) assicurato a detto elemento portasonde (3), per un tratto che va dai sensori (5) sino alTestremità inferiore dell’elemento portasonde (3) medesimo a contatto con la base (2.1) della scatola (2) di detto termostato (1), - detto cavo flex (7) proseguendo da detta estremità inferiore sino ad un connettore (7.1) di detta scheda elettronica (8). Riv.
8. 8 Termostato (1) secondo qualsiasi rivendicazione dalla 1 alla 5 inclusa, caratterizzato dal fatto che - detto elemento portasonde (3) giunge sino all’ interno della scatola (2) di detto termostato (1), in corrispondenza della detta scheda elettronica (8), - detti percorsi conduttivi (6) sono serigrafati su detto elemento portasonde (3), per un tratto che va dai detti sensori (5) sino alTestremità inferiore dove sono elettricamente collegati a detta scheda elettronica (8) tramite un innesto (8.1) consistente in un connettore. Riv.
9. 9 Termostato (1) secondo qualsiasi rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che i detti sensori (5) sono termistori NTC apposti sul detto elemento portasonde (3) tramite saldatura. Riv.
10. 10 Termostato (1) secondo qualsiasi rivendicazione precedente sino alla 8 inclusa, caratterizzato dal fatto che i detti sensori (5) sono termistori PTC apposti sul detto elemento portasonde (3) tramite serigrafia o saldatura. Riv. 1 1 Termostato (1) secondo qualsiasi rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che almeno uno dei pin (2.4), atti a vincolare meccanicamente la base (2.1) della scatola (2) alla scheda elettronica (8) tramite reciproci fori (2.5), Ã ̈ ima connessione elettrica per il collegamento di detta scheda