ITFI20110115A1 - Configurazione di montaggio di un inverter per controllo di pompe idrauliche - Google Patents

Description

CONFIGURAZIONE DI MONTAGGIO DI UN INVERTER PER CONTROLLO DI

POMPE IDRAULICHE

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce al settore dell’impiantistica idraulica ed in particolare ad una configurazione di montaggio di un inverter per il controllo di pompe idrauliche in impianti di distribuzione idrica.

Per fornire la prevalenza e la portata necessarie a servire le utenze idriche di un edificio, supplendo quindi ad una carenza della fonte di approvvigionamento (quale, ad esempio, la rete pubblica, pozzi, ecc.), sono utilizzati impianti di pressurizzazione destinati ad incrementare la pressione dell’acqua rispetto alla pressione fornita dalla rete di distribuzione; si tratta, di fatto, di gruppi di sollevamento dell’acqua a pressione costante che consentono al flusso di acqua estratto dalla rete o da serbatoi di stoccaggio di raggiungere anche le utenze posizionate ai piani più alti dell’edificio.

Un comune impianto cosiddetto autoclave comprende generalmente almeno un serbatoio di accumulo per immagazzinare un certo quantitativo d'acqua in arrivo dalla rete, almeno una pompa elettrica, solitamente di tipo centrifugo, con portata e prevalenza adeguate, un contenitore a pressione in cui à ̈ presente una camera d'aria chiamato anche polmone, ed un pressostato, cioà ̈ un interruttore in grado di accendere la pompa in funzione della pressione dell'acqua.

Nei gruppi di sollevamento a pressione costante sono comunemente utilizzate pompe monogiranti a velocità fissa. Questo tipo di pompa presenta un consumo energetico costante, sia che lavori in condizione di bassi prelievi sia che lavori alla portata di progetto, perché funziona sempre alla massima velocità.

La pompa à ̈ dimensionata in base ai picchi di consumo massimo dell’utenza/e; tuttavia i picchi di consumo massimo (corrispondenti al funzionamento contemporaneo di tutte le utenze allacciate) sono statisticamente rari, pertanto, durante il funzionamento in tutte le condizioni “a basso regime†(ovvero quelle in cui solo alcune utenze sono aperte, condizione statisticamente più frequente), la pompa, avendo velocità fissa, consuma inutilmente un’energia superiore a quella di cui avrebbe effettivamente bisogno.

Per ridurre i consumi ed ottimizzare il funzionamento dell’impianto sono utilizzati dei dispositivi inverter, ossia convertitori statici di frequenza che pilotano il numero di giri delle elettropompe monofase o asincrone trifase utilizzando la comune linea monofase, riducendone in modo significativo l’assorbimento energetico. Di fatto gli inverter sono dispositivi di controllo elettronico delle pompe, che garantiscono una pressione costante al variare della portata garantendo un significativo risparmio energetico. Questo risultato à ̈ ottenuto grazie al fatto che l’inverter aumenta o diminuisce la frequenza della pompa in base alla necessità ed al numero delle utenze aperte.

Nelle pompe, infatti, la relazione tra potenza assorbita e velocità di rotazione della girante à ̈ di tipo cubico, pertanto una piccola diminuzione della velocità di rotazione comporta una significativa diminuzione della potenza assorbita.

Un problema particolarmente sentito relativamente all’applicazione degli inverter à ̈ relativo al raffreddamento dei componenti elettronici costituenti l’inverter stesso; a tale proposto l’ inverter comprende principalmente una scheda circuitale a microprocessore, di gestione e controllo di una componentistica elettronica di potenza comprendente dispositivi raddrizzatori a IGBT (o, alternativamente, IGGT, MOSFET o transistor). Proprio tale componentistica di potenza à ̈ quella che, a rendimenti elevati, comporta una sensibile emissione di calore e pertanto à ̈ maggiormente responsabile dell’eccessivo riscaldamento dell’inverter. Il calore prodotto da tali componenti necessita quindi di essere disperso tramite opportuni sistemi di raffreddamento.

Tuttavia il raffreddamento applicato agli attuali inverter non à ̈ spesso sufficiente per eliminare problemi di rottura o malfunzionamenti. Tali guasti comportano costi significativi per l’utenza, che à ̈ costretta a richiedere interventi di tecnici qualificati, a riparare e/o sostituire l’inverter.

Per aumentare l’effetto di raffreddamento ed al contempo isolare termicamente nel miglior modo possibile l’inverter la componentistica elettronica à ̈ montata su scatolati o altri gusci in materiale plastico che possono anche integrare il condotto di passaggio dell’acqua (montaggio in linea). Si tratta di unità piuttosto ingombranti, complesse da installare ed a maggior ragione da sostituire in caso di guasti.

Lo scopo della presente invenzione à ̈ quello di risolvere le problematiche sopra esposte fornendo una nuova configurazione di inverter quali quelli a cui si à ̈ sopra fatto riferimento la quale semplifichi in modo notevole le operazioni di montaggio e manutenzione, con conseguenti riduzioni di costo, assicurando al tempo stesso un raffreddamento sorprendentemente efficace della componentistica elettronica contenuta nell’inverter stesso.

Questo ed altri scopi vengono raggiunti dal procedimento di montaggio di un inverter, e dall’inverter così ottenuto secondo la presente invenzione, le cui caratteristiche essenziali sono definite dalle rivendicazioni annesse.

Le caratteristiche e i vantaggi del procedimento di montaggio di un inverter, e dell’inverter così ottenuto secondo la presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui:

- la figura 1 mostra in vista prospettica un corpo tubolare metallico dell’inverter secondo l’invenzione; e

- la figura 2 mostra, secondo una vista analoga, una variante del corpo tubolare di figura 1.

Con riferimento a dette figure, secondo quanto di per sé noto, un inverter per il controllo di una pompa, in particolare ma non esclusivamente in un impianto idrico autoclave per la distribuzione di acqua potabile, comprende fondamentalmente, secondo quanto di per sé noto, una scheda circuitale a microprocessore per il controllo e la gestione di componentistica elettronica di potenza comprendente a sua volta un raddrizzatore (o rettificatore), ovvero un dispositivo che permette la trasformazione della corrente alternata in corrente continua tramite IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor – dispositivo di commutazione di alte tensioni e alte correnti) o simili.

Inoltre alla scheda circuitale sono associati sensori per la rilevazione dei parametri di processo (quali sensori di pressione). È inoltre comunemente previsto anche un pannello di gestione e controllo destinato all’interazione con l’inverter da parte dell’utilizzatore.

L’insieme degli elementi elettronici sopra menzionati à ̈ alloggiato in un apposito guscio (non mostrato, come del resto gli elementi stessi) che ne consente il corretto contenimento e realizza, al contempo, la protezione della componentistica da agenti esterni.

Secondo l’aspetto principale della presente invenzione, e come mostrato appunto nelle figure, la scheda circuitale, e più in particolare la componentistica di potenza ad essa associata, e cioà ̈ il raddrizzatore viene direttamente fissata su un corpo tubolare 1, cilindrico con asse principale X, realizzato in materiale metallico, tipicamente e preferibilmente ferro, acciaio zincato o acciaio inox, e che viene montato in linea sulla tubazione dell’impianto da controllare. A tale scopo, cioà ̈ per realizzare il suddetto montaggio, sulla superficie esterna 10 del corpo tubolare 1 à ̈ realizzata, in posizione intermedia (con riferimento all’asse X), una sede 2 definita da una spianatura 20, preferibilmente su un piano parallelo all’asse X, realizzabile ad esempio con una lavorazione meccanica di deformazione della stessa superficie esterna 10; preferibilmente la spianatura à ̈ ottenuta per schiacciamento e successiva fresatura della superficie esterna 10.

Dalla spianatura 20 si protendono perpendicolarmente, verso l’esterno del corpo tubolare 1, prigionieri 21 atti a consentire il serraggio diretto della scheda sul corpo 1 medesimo. A tale scopo verranno utilizzati dadi di serraggio che si avvitano sui prigionieri, impegnati con fori ricavati sulla componentistica elettronica (ed in particolare sulla scheda), per serrare quest’ultima, stabilmente, contro il corpo 1.

In generale la scheda elettronica à ̈ configurata per impegnarsi con il tubolare metallico in modo tale che la componentistica elettronica associata alla scheda che necessita di maggiore dispersione di calore sia in rapporto di scambio termico conduttivo con il tubolare, e dunque in contatto il più possibile diretto.

La forma realizzativa di figura 1 esibisce inoltre un orifizio 22, realizzato sulla spianatura 20 e che permette di attingere un segnale di pressione, a mezzo di apposito sensore a membrana di tipo tradizionale. La rilevazione di pressione può comunque essere effettuata esternamente rispetto al corpo tubolare, cioà ̈ in un punto della tubazione a monte o a valle del corpo tubolare.

Con particolare riferimento sempre alla forma realizzativa di figura 1, dal corpo tubolare 1, ed in particolare dalla superficie esterna 10, si protendono, secondo un piano passante per l’asse X e parallelo alla spianatura 20, alette 11. In particolare, nell’esempio di figura, le alette sono in numero di quattro e presentano fori filettati 12 per la connessione con il già citato guscio di protezione degli elementi elettronici compresi nell’inverter. Si può notare peraltro dagli esempi nelle altre due figure come le alette 11 possano essere sostituiti da sporgenze 11’ diversamente sagomate, ad esempio a perno, con analoga funzionalità.

Il corpo tubolare 1 presenta inoltre estremità assiali con opportuna predisposizione, ad esempio filettatura per l’inserimento in linea e l’integrazione nella tubazione di impianto. Di fatto, un tratto della tubazione di rete viene sostituito dal corpo tubolare 1 che assume anche la funzione di supporto diretto della componentistica di potenza.

Il procedimento di montaggio dell’inverter prevede dunque il fissaggio della componentistica elettrica al corpo tubolare; l’inverter così assemblato può essere quindi montato sulla tubazione per inserimento del corpo tubolare metallico 1 sulla tubazione in posizione predefinita, in particolare in uscita alla pompa. Tale posizione corrisponde ad un’interruzione della tubazione stessa destinata ad essere completata dal corpo tubolare. Il tubolare à ̈ quindi reso solidale ai terminali di tubazione con una connessione a tenuta idraulica ottenuta per mezzo di convenzionali giunti a tre pezzi. È inoltre prevista una valvola a valle dell’inverter per permetterne la decompressione.

I vantaggi dell’invenzione sono dunque riassumibili nei termini seguenti.

La componentistica di potenza, che à ̈ quella maggiormente soggetta alla produzione di calore, à ̈ raffreddata pertanto dal contatto diretto con la tubazione e dal relativo passaggio di acqua all’interno, aumentando l’effetto di scambio termico per conduzione, quindi migliorando notevolmente, ed in modo sorprendente soprattutto considerato in rapporto alla semplicità della soluzione, il raffreddamento rispetto ai sistemi noti. Questo ha un impatto fortemente positivo sulla durata dell’inverter e sul suo regolare funzionamento.

L’inverter à ̈ inoltre semplice da montare e soprattutto la manutenzione risulta facilitata dal fatto che la componentistica elettronica può essere resa accessibile ed addirittura sostituita (essa soltanto) senza alcuna compromissione dell’integrità idraulica dell’impianto (e pertanto senza svuotare l’impianto risultato che nella tecnica nota può essere conseguito solo con installazioni fuori linea).

La connessione del corpo tubolare all’impianto à ̈ ottenuta tramite filettature su tubazione metallica, evitando tutti gli inconvenienti dovuti a particolari stampati in plastica, particolarmente fragili e facilmente deformabili durante il montaggio e l’avvitatura, con conseguente perdita di tenuta idraulica della tubazione.

L’inverter potrà comunque e vantaggiosamente essere commercializzato già nella configurazione di montaggio, ovvero con la componentistica già associata al corpo tubolare. Il sistema di fissaggio della componentistica elettronica al corpo tubolare potrà prevedere soluzioni diverse da quella a prigionieri e dati sopra menzionata, ad esempio sistemi di incollaggio.

Come detto, la configurazione di inverter qui proposta non à ̈ limitata all’applicazione in impianti autoclave ma può estendersi applicazione di impiantistica idraulica nella quale si pongano analoghe esigenze di controllo.

La presente invenzione à ̈ stata fin qui descritta con riferimento a sue forme di realizzazione preferite. È da intendersi che possono esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, tutte rientranti nell’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Una configurazione di inverter per il controllo di almeno una pompa idraulica comprendente componentistica elettronica di controllo e di potenza ed un condotto di passaggio del fluido, caratterizzata dal fatto che detto condotto di passaggio comprende un segmento di corpo tubolare metallico (1), almeno detta componentistica elettronica di potenza essendo connessa a detto corpo (1) in modo da risultare in rapporto di scambio termico conduttivo con esso.
2. 2. La configurazione di inverter secondo la rivendicazione 1, in cui detta componentistica elettronica à ̈ fissata a detto corpo tubolare (1), in modo tale da essere in riscontro con una superficie esterna (10) di esso.
3. 3. La configurazione di inverter secondo la rivendicazione 2, in cui su detta superficie esterna (10) di detto corpo tubolare (1) Ã ̈ realizzata una sede (2) comprendente una spianatura (20) per il riscontro di detta componentistica elettronica.
4. 4. La configurazione di inverter secondo la rivendicazione 3, in cui da detta spianatura (20) si estendono prigionieri filettati (21), su detti prigionieri (21) impegnandosi detta componentistica elettronica e operando in serraggio rispettivi dadi filettati.
5. 5. La configurazione di inverter secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 4, in cui da detta superficie esterna (10), si protendono, secondo un piano parallelo a detta spianatura (20), alette (11) per la connessione con un guscio di protezione e contenimento di detta componentistica elettronica.
6. 6. La configurazione di inverter secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto corpo tubolare (1) presenta estremità filettate atte alla connessione idraulica con rispettive estremità di tubazione di un impianto idraulico su cui opera detta pompa.
7. 7. La configurazione di inverter secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 6, in cui su detta spianatura (20) Ã ̈ realizzato un orifizio (22) atto a consentire la rilevazione di un segnale di pressione, a mezzo di apposito sensore.
8. 8. La configurazione di inverter secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detta componentistica elettronica di potenza comprende un raddrizzatore a IGBT.
9. 9. La configurazione di inverter secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detto corpo tubolare à ̈ realizzato in ferro o acciaio zincato.
10. 10. Un procedimento per equipaggiare una linea di tubazione di un impianto idraulico, con un inverter destinato al controllo di almeno una pompa di detto impianto, detto inverter comprendendo componentistica elettronica di controllo e potenza, detto procedimento essendo caratterizzato dal fatto di: – prevedere un corpo tubolare metallico (1) con associata detta componentistica in modo che almeno detta componentistica di potenza risulti in rapporto di scambio termico conduttivo con il medesimo corpo (1); – inserire detto corpo in linea su detta tubazione.
11. 11. Il procedimento secondo la rivendicazione 10, comprendente inoltre il montaggio su detto corpo (1) di un guscio di protezione e contenimento di detta componentistica elettronica.
12. 12. Il procedimento secondo la rivendicazione 11 o 12, in cui detto corpo tubolare (1) viene inserito in corrispondenza di un’interruzione ricavata o prevista su detta tubazione.
13. 13. Il procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 10 a 12, realizzato con una configurazione di inverter secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9.