ITAN20100153A1 - Termostato elettronico con sicurezza attivata da resistori - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

annessa a domanda di Breveto per Invenzione Industriale avente per titolo: “TERMOSTATO ELETTRONICO CON SICUREZZA ATTIVATA DA RESISTORIâ€

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE

Forma oggeto del presente trovato un dispositivo di controllo di sicurezza della temperatura (qui deto termoprotettore) per apparecchi riscaldatori, in particolare per scaldaacqua ad accumulo ad alimentazione elettrica.

Formano oggeto del presente trovato anche dispositivi di regolazione della temperatura (qui deti termoregolatori) incorporanti il deto termoprotetore.

E’ noto che la funzione termoprotezione ha lo scopo di impedire che la temperatura dell’apparecchio riscaldatore controllato superi limiti pericolosi quando la funzione termoregolazione della temperatura medesima ha subito un guasto.

Nella domanda di breveto AN2010A000131, presentata dalla richiedente l’attuale breveto, à ̈ descrito un termostato caraterizzato, tra le altre cose, dalla presenza di una scheda elettronica deputata alla funzione di regolazione e dislocata nella medesima scatola alloggiente gli attuatoli elettro-meccanici della funzione di sicurezza.

Per un’esauriente trattazione dello stato dell’arte nel settore dei termoregolatori elettronici e dei termoprotettori elettro-meccanici o elettronici si rimanda a quanto contenuto nel citato documento AN2010A000131 oltre che nei precedenti brevetti EP 0651412 e EP 1652017, sempre di titolarità della medesima richiedente.

Tuttavia, al fine di facilitare la comprensione del presente trovato e delle relative peculiarità innovative, si farà qui una breve descrizione di un termostato termoregolatore e termoprotettore elettro-meccanico, realizzato secondo la tecnologia mostrata nella figura 1.

In tale figura à ̈ rappresentata una vista esplosa di un dispositivo (da qui in avanti indicato genericamente con il termine “termostato†), la cui scatola di contenimento 2 comprende una base 2.1 ed un coperchio 2.2.

Con il riferimento 3’ à ̈ indicato un elemento termosensibile prolungantesi esternamente alla base 2.1 verso l’interno dell’ambiente da controllare, nello specifico il serbatoio di accumulo dello scaldaacqua.

Nella variante più diffusa, detto elemento termosensibile 3’ à ̈ sostanzialmente costituito da un tubo termodilatabile e buon conduttore di calore, in genere di ottone, all’interno del quale à ̈ coassialmente posizionata un’asta 5 a bassa dilatazione termica, solitamente in INVAR. All’ aumentare della temperatura dell’acqua di accumulo, il tubo termodilatabile 3’ à ̈ soggetto ad un allungamento che trascina anche l’asta di INVAR 5, ad esso vincolata all’estremità più esterna. Tramite l’azione su uno stelo 5 che, a sua volta, va ad agire su un microinterruttore 7 a lamina elastica monostabile, detta asta di INVAR esplica il ruolo termoregolante di attuatore meccanico sui contatti interni al termostato, interrompendo/ripristinando l' alimentazione delle resistenze elettriche.

La funzione di termoprotezione à ̈, invece, assicurata da un attuatore consistente in un elemento 4 bimetallico Instabile (comunemente denominato “clickson†), dislocato internamente alla scatola 2 del termostato, in una vaschetta 2.4 realizzata nella base 2.1, in posizione sufficientemente vicina al tubo 3’ da far sì che la sua temperatura sia marcatamente influenzata dallo stesso.

Pertanto il suddetto tubo termodilatabile 3’ funge passivamente da conduttore di calore per quanto riguarda la funzione termoprotezione ma à ̈ anche parte di un vero e proprio attuatore (consistente nel connubio “tubo termodilatabile / asta a bassa dilatazione termica†).

Il citato clickson 4 à ̈, come detto, costituito da un disco bimetallico bistabile, suscettibile di invertire di scatto la concavità della propria bombatura al raggiungimento di una determinata temperatura critica, provocando l’apertura di appositi contatti 2.5 tramite l’ausilio di un cursore 5.2, determinando in tal modo il taglio dell’alimentazione alle resistenze elettriche.

Per quanto riguarda la funzione termoprotezione, l’appena descritto termostato di fig. 1 assolve bene ai suoi compiti; in particolare, il meccanismo di apertura dei contatti 2.5, per effetto del clickson 4, à ̈ semplice ed affidabile. Tuttavia il citato termoprotettore presenta, nel suo complesso, alcuni limiti ben noti, dovuti sia alla tolleranza piuttosto grossolana con cui i clickson bistabili sono tarabili che alla relazione piuttosto imprecisa che intercorre tra la temperatura eccessiva della sommità dello scaldaacqua che la funzione di termoprotezione deve impedire e la temperatura che viene percepita dal clickson Si noti anche che, in questi termostati, la vaschetta 2.4 in cui à ̈ alloggiato il clickson 4 si trova volutamente sostanzialmente a contatto con la flangia dello scaldaacqua su cui il termostato à ̈ montato così che il clickson 4 medesimo sia influenzato anche dalla temperatura della flangia.

Per meglio dire, la temperatura cui si porta il clickson 4 à ̈ finizione della temperatura della flangia e della temperatura dell’acqua lungo tutto il tubo termodilatabile 3’ e non soltanto della temperatura della zona alta dello scaldaacqua che si vorrebbe monitorare.

Piccoli errori di posizionamento del termostato sulla flangia o insolite, seppur non anomale, distribuzioni della temperatura dell’acqua lungo tutto il tubo termodilatabile 3’, aggiunte alla grossolana taratura ottenibile, possono far intervenire il termoprotettore erroneamente anche quando il termoregolatore non presenta anomalie.

In questi casi, come noto, à ̈ necessario l’intervento di un tecnico per il c.d. “riarmo†manuale del termoprotettore.

Ovviamente le modalità di costruzione di tali apparecchi e la taratura del clickson 4 sono tali da scongiurare con sufficiente margine il caso contrario e, cioà ̈, che il termoprotettore non intervenga in caso di effettivo guasto del termoregolatore. Questo, però, può obbligare, per avere margini di sicurezza, a limitare, tramite il termoregolatore, la temperatura massima dello scaldacqua a valori piuttosto inferiori a quelli effettivamente proibiti dalle norme. Ciò può comportare dei limiti all’energia termica accumulabile. Un ulteriore limite dei termostati termoprotettori sin qui richiamati à ̈ che, per l’inerzia termica delle masse che devono essere attraversate, vi à ̈ un inevitabile ritardo di alcuni secondi tra il momento di raggiungimento della temperatura anomala e quello in cui tal temperatura produce effetti sul termoprotettore medesimo.

Un ulteriore limite dei termostati sin qui richiamati à ̈ che essi, dal punto di vista costruttivo, sono specifici per uno scaldacqua ad accumulo e non utilizzabili per altri apparecchi riscaldatori.

Scopo principale del presente trovato à ̈ di ovviare a tali inconvenienti, prevedendo un termoprotettore che comprenda sempre un elemento bimetallico bistabile ma il cui funzionamento sia influenzato sostanzialmente solo della temperatura vigente nella zona da monitorare.

Secondo scopo del presente trovato à ̈ di prevedere un termoprotettore in cui sia irrilevante il fatto che la temperatura di taratura del suddetto elemento bimetallico bistabile sia ottenibile solo grossolanamente.

Terzo scopo del presente trovato à ̈ di prevedere un termoprotettore in cui la posizione del detto elemento bimetallico bistabile non sia obbligata a posizioni tali da fargli ricevere calore dallo scaldaacqua tramite la flangia o altri mezzi trasmettitori di calore dalla zona da monitorare.

Ulteriore scopo del presente trovato à ̈ di prevedere un termoprotettore con tempi di reazione al raggiungimento di temperature anomale ridotte rispetto all’arte nota.

Ulteriore scopo del presente trovato à ̈ quello di indicare un unico e compatto termostato atto a fungere da termoregolatore e da termoprotettore in grado di conseguire uno o più degli scopi precedenti.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di indicare un termostato termoprotettore o termoregolatore e termoprotettore utilizzabile in posizione non in stretta prossimità del serbatoio di uno scaldaacqua.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di indicare un termostato termoprotettore o termoregolatore e termoprotettore intercambiabile, quanto a dimensioni e collegamenti elettrici, con termostati secondo l’arte nota.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di indicare un termostato termoprotettore o termoregolatore e termoprotettore utilizzabile in altri apparecchi riscaldatori diversi da uno scaldaacqua ad accumulo.

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 2 à ̈ una vista prospettica del termostato secondo l’invenzione;

la figura 3 mostra il termostato dell’invenzione secondo una vista esplosa sostanzialmente laterale;

la figura 4 mostra il termostato dell’invenzione secondo una vista esplosa sostanzialmente dal basso.

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

Con riferimento alla figura 2, con 1 Ã ̈ indicato nel complesso il termostato, comprendente, come da arte nota, una scatola 2 di contenimento che prevede una base 2.1 ed un coperchio 2.2.

Superiormente a detta base 2.1, 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.

Dalla citata base 2.1 di detta scatola 2 si protende un elemento portasonde 3, atto a supportare uno o più sensori di tipo elettronico (non mostrati in figura), quali termistori NTC o PTC o a termocoppia, o, ancora, altri di tipo di per sé noto, atti a trasmettere segnali elettrici correlati alla temperatura percepita ai mezzi di elaborazione elettronica, eventualmente anche tramite le modalità ed i mezzi già descritti nella domanda di brevetto AN2010A000131.

Nello specifico, detto elemento portasonde 3 può consistere in un classico elemento tubolare o, come mostrato nelle figure allegate, in una barretta piana. In generale à ̈ idoneo qualsiasi elemento atto a svolgere esclusivamente il ruolo di supporto per uno o più sensori elettronici, venendo meno la necessità che esso funga anche da elemento essenziale per la funzione di termoprotezione: difatti, nel presente trovato, tale funzione di sicurezza à ̈ completamente demandata ad altri mezzi e pertanto il detto elemento portasonde 3 non à ̈ necessario sia un attuatore come nel caso del binomio “tubo termodilatabile / asta a bassa dilatazione termica†né, tantomeno, un conduttore di calore.

AlTintemo di detta scatola 2 à ̈ alloggiata, oltre agli usuali mezzi di rinvio cinematico per Tattuazione delle funzioni di termoregolazione e termoprotezione che saranno descritti in seguito, anche una scheda elettronica 8 comprendente un microprocessore (si vedano le fìgg. 3 e 4) capace di elaborare i segnali elettrici trasmessi dai sensori elettronici à ̈ di generare conseguenti segnali elettrici in uscita tramite un usuale connettore inseribile nella presa di connessione 2.3.

Secondo l’attuale stato delTarte, la citata scheda elettronica 8 con il relativo microprocessore sono normalmente deputati alla gestione della funzione di termoregolazione, dando input per l' apertura/chiusura dei contatti elettrici del circuito che alimenta i faston di collegamento 2.6 delle resistenze, a seconda dei valori di temperatura avvertiti dai sensori elettronici dislocati sull’ elemento portasonde 3.

In accordo al presente trovato, invece, anche la funzione di termoprotezione viene gestita dai sopracitati mezzi elettronici, i quali danno anche input per agire sull’ elemento 4 bimetallico bistabile (clickson) che, a sua volta, in modo noto, apre i contatti del circuito di sicurezza ed inibisce l' alimentazione delle resistenze elettriche tramite mezzi cinematici di rinvio.

Nelle figg. 3 e 4 sono mostrati in dettaglio i mezzi e le modalità di attuazione della funzione di termoprotezione assicurata dal termostato 1.

La scheda elettronica 8 alloggia almeno un resistere 6: si tenga presente che, da qui in avanti, con il termine “resistere†si fa indifferentemente riferimento ad un resistere o ad un termoresistore, preferibilmente del tipo PTC, o comunque a qualsiasi componente elettrico resistivo suscettibile di riscaldarsi quanto attraversato da corrente elettrica. Nella variante raffigurata nelle immagini allegate, sebbene allo scopo sia sufficiente un unico resistere 6, à ̈ utilmente prevista la presenza di una coppia di resistori 6.1 e 6.2, in modo che il secondo adempia al compito designato in caso di malfunzionamento del primo.

Detti uno o più resistori 6, quando il termostato svolge regolarmente la funzione di termoregolazione, non ricevono alimentazione elettrica dalla scheda elettronica 8.

Quando, invece, i sensori elettronici dell’elemento portasonde 3 registrano il raggiungimento della temperatura critica di sicurezza, il microprocessore, abilità l' alimentazione elettrica di uno o più di detti resistori 6 da parte della scheda elettronica 8.

Detti almeno un resistore 6 sono dislocati in prossimità del clickson 4, in ima posizione tale (preferibilmente inferiormente) da riuscire a riscaldare detto clickson 4 sino ad indurlo a scattare. A questo punto, avvenuta l' inversione della concavità della propria bombabura, il suddetto clickson 4 opera sostanzialmente nella medesima maniera già vista per il termostato dell’arte nota di fig. 1, andando in definitiva ad aprire i contatti elettrici 2.5 di alimentazione dei faston 2.6 delle resistenze elettriche.

Più precisamente, il clickson 4 à ̈ munito di imo stelo 7 che, nel momento dell’inversione della bombatura, trascina un’ancoretta 7.2 ad esso associata; quest’ultima, a sua volta, apre le lamine costituenti i contatti elettrici 2.5.

Si à ̈ sperimentato che l’energia sufficiente allo scopo sopra descritto che ciascun resistore 6 deve erogare à ̈ sufficientemente bassa da non danneggiare la scheda elettronica 8. Inoltre, come anticipato, un solo resistore o termistore 6 già basta per far scattare il clickson 4, mentre la presenza di resistori aggiuntivi serve esclusivamente per garantire il funzionamento anche in caso di guasto del primo resistore: à ̈, infatti possibile prevedere una variante in cui un apposito circuito elettronico associato alla scheda 8 à ̈ in grado di rilevare il corretto funzionamento o l’eventuale guasto del primo resistore 6.1, in questo secondo caso inibendone l’alimentazione ed attivando il secondo resistore 6.2 o gli ulteriori resistori.

Utilmente i resistori 6 sono dei PTC perché hanno la nota capacità di autoregolare la temperatura massima che possono raggiungere.

Detti uno o più resistori 6 sono solitamente attivati dal microprocessore tramite un circuito a bassa tensione; alternativamente à ̈ anche possibile che essi siano alimentati direttamente dall’alta tensione di rete, attraverso uno o più TRIAC di pilotaggio.

Pertanto l’elemento di sicurezza bimetallico e bistabile, rappresentato dal clickson 4, à ̈ soggetto all’influenza di uno o più resistori 6 alimentati dalla scheda elettronica 8; quindi, diversamente dall’arte nota, tale clickson non risulta più attivato dall’elemento portasonde 3, né nella sua versione rappresentata dal “tubo termodilatabile / asta a bassa dilatazione termica†né in quella di mero conduttore di calore. Nel presente trovato, anzi, tale configurazione dell’elemento portasonde 3 risulta assolutamente non necessaria, dovendo semplicemente assolvere al compito di sostegno per i sensori elettronici e far sì che il segnale da questi registrato giunga alla sottostante scheda elettronica 8, anche con le modalità ed i mezzi già descritti nella domanda di brevetto AN2010A000131.

Risultano palesi i vantaggi in termini di precisione del funzionamento del termostato 1, grazie alla sensibilità assicurata da segnali elettronici elaborati da appositi circuiti elettronici.

E’ evidente che il trovato raggiunge tutti gli scopi prefissati.

Il termoprotettore interviene a seguito di segnali ricevuti da sensori elettronici che possono essere disposti nel punto più opportuno.

La posizione del clickson 4 non à ̈ più condizionata dalla necessità di ricevere, più o meno direttamente, calore dalla zona la cui temperatura va monitorata.

La grossolana precisione di taratura del clickson 4, di alcuni gradi, non à ̈ più un inconveniente in quanto, comunque, si riesce a fargli raggiungere la temperatura di scatto.

In fig. 4 Ã ̈ posta in risalto una possibile ulteriore caratteristica del termostato appena descritto, consistente nel fatto che i pin 2.7 (atti a vincolare meccanicamente la base 2.1 della scatola 2 alla sottostante scheda elettronica), 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 2.7 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 i citati uno o più resistori 6, il relais 8.1 di regolazione ed eventuali fusibili che proteggono i contatti dei vari relais da sovracorrenti che determinerebbero rincollaggio degli stessi.

Al pari di qualsiasi dispositivo simile dell’arte nota, anche il termostato 1 può permettere il riarmo manuale del clickson 4, una volta ripristinate le condizioni di regolare funzionamento dello scaldaacqua: tramite un apposito foro 7.1 realizzato sul coperchio 2.2 à ̈ possibile agire suH’estremità dello stelo 7 associato al clickson, premendola e ripristinando cosi la concavità iniziale della bombatura del detto clikson 4.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI Riv. 1 Termoprotettore per riscaldatore elettrico, in particolare scaldaacqua elettrico ad accumulo, comprendente un elemento bimetallico bistabile (4), - connettori di collegamento (2.6) alimentanti una o più resistenze elettriche, - mezzi cinematici di rinvio (7, 7.2; 2.5) associati a detto elemento bimetallico bistabile (4) ed atti ad alimentare/disalimentare detti connettori di collegamento (2.6), caratterizzato dal fatto che detto elemento bimetallico bistabile (4) à ̈ attivato tramite suo riscaldamento ad opera di uno o più resistori (6) - disposti sufficientemente vicini a detto elemento bimetallico bistabile (4) da poterlo riscaldare sino alla temperatura di scatto, - alimentati elettricamente su consenso del microprocessore di una scheda elettronica (8) quando uno o più sensori elettronici di temperatura percepiscono il raggiungimento della temperatura critica di sicurezza. Riv.
2. 2 Termoprotettore secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che uno solo (6.1) di detti uno o più resistori (6) à ̈ sufficiente ad attivare detto elemento bimetallico bistabile (4), i resistori aggiuntivi (6.2) essendo attivati solo in caso di guasto del detto primo resistore (6.1). Riv.
3. 3 Termoprotettore secondo qualsiasi rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detti uno o più resistori (4) sono dislocati sulla scheda elettronica (8), inferiormente a detto elemento bimetallico bistabile (4), in una posizione tale da distribuire la propria energia termica sulla sua superficie in quantità sufficiente ad indurlo a svolgere la funzione di termoprotezione senza danneggiare detta scheda elettronica (8). Riv.
4. 4 Termoprotettore secondo qualsiasi rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detti uno o più resistori (6) sono attivati dalla scheda elettronica (8) tramite un circuito a bassa tensione. Riv.
5. 5 Termoprotettore secondo qualsiasi rivendicazione dalla 1 alla 3, caratterizzato dal fatto che detti uno o più resistori (6) sono attivati dalla scheda elettronica (8) direttamente tramite l’alta tensione di rete, attraverso uno o più TRIAC di pilotaggio. Riv.
6. 6 Termoprotettore secondo qualsiasi rivendicazione precedente. caratterizzato dal fatto che detti uno o più resistori (6) sono PTC. Riv.
7. 7 Termoprotettore secondo qualsiasi rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto elemento bimetallico bistabile (4) Ã ̈ alloggiato in una vaschetta (2.4) realizzata nella base (2.1) della scatola (2) di contenimento. Riv.
8. 8 Termoprotettore secondo qualsiasi rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto elemento bimetallico bistabile (4) à ̈ riarmabile una volta ripristinate le condizioni di regolare funzionamento dell’apparecchio, tramite pressione sull’estremità di uno stelo (7) raggiungibile per mezzo di un foro (7.1) realizzato sul coperchio (2.2) della scatola (2). Riv.
9. 9 Termostato (1) secondo qualsiasi rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che almeno uno dei pin (2.7), atti a vincolare meccanicamente la base (2.1) della scatola (2) alla scheda elettronica (8), à ̈ una connessione elettrica per il collegamento di detta scheda elettronica (8) alla rete e alla una o più resistenze elettriche. Riv.
10. 10 Termostato termoregolatore (1) per riscaldatore elettrico, in particolare scaldaacqua elettrico ad accumulo, comprendente - una scheda elettronica (8) dotata di microprocessore, - un elemento portasonde (3) che si protende esternamente dalla base (2.1) della scatola (2) di contenimento, atto a supportare uno o più sensori di temperatura idonei ad una termoregolazione elettronica, - mezzi per il collegamento elettrico tra detti uno o più sensori e detta scheda elettronica (8), caratterizzato dal fatto che detta scheda elettronica (8) e detti uno o più sensori di temperatura sono i medesimi utilizzati dal termoprotettore secondo le rivendicazioni da 1 a 9, detto termoprotettore essendo integrato in detto termostato termoregolatore (1).