ITMI20010874A1 - Dispositivo addolcitore in particolare per apparecchi domestici come lavastoviglie lavabiancheria e simili - Google Patents

Description

Descrizione di un brevetto d'invenzione a nome:

L'invenzione riguarda un dispositivo addolcitore, in particolare per apparecchi domestici come lavastoviglie, lavabiancheria e simili, secondo il preambolo della annessa rivendicazione principale . In particolare l'invenzione riguarda un sistema elettronico per le misure della conducibilità elettrica da utilizzare nel suddetto dispositivo

Le moderne macchine per lavare in particolare le lavastoviglie, usano un addolcitore rimuovere il calcio dall'acqua entrante onde evitare depositi calcarei sugli oggetti da lavare e sulla o sulle resistenze elettriche di riscaldamento dell'acqua, con riduzione progressiva della relativa efficienza fino al punto da portarla (e) a rottura.

Gli addolcitori comprendono una resina scambiatrice cationica, che però si esaurisce in un tempo d'uso più o meno breve (in funzione della durezza dell'acqua) e che va quindi rigenerata mediante convenzionale sale da cucina.

Per rilevare quando la resina va rigenerata si seguono oggigiorno diverse metodologie. Una prima metodologia prevede la misura della quantità d'acqua usata (misura che viene fatta o empiricamente in funzione delle caratteristiche della macchina oppure mediante un misuratore di portata e tempo). Quando la quantità d'acqua raggiunge un valore prefissato viene dato il via alla rigenerazione della resina. Tale metodologia è stata affinata prevedendo che l'utente abbia la possibilità di impostare il dato relativo alla durezza dell'acqua che usa. Un'altra metodologia fa seguire una fase di rigenerazione della resina scambiatrice ad ogni ciclo di lavaggio.

Il DOS 1642488 è espressivo di una ulteriore metodologia e descrive un dispositivo di controllo dell'addolcitore provvisto di sensori formati da due coppie di elettrodi in disposizione a ponte, a mezzo delle quali vengono effettuate misure di conducibilità atte a fornire dati utili a stabilire quando la rigenerazione deve avvenire. Almeno una coppia di elettrodi è posta in una cartuccia di resina posta a valle della colonna addolcente.

L'EP-A2-900765 riguarda una metodologia che richiama quella del DOS sopra citato e descrive un dispositivo addolcitore in cui la conoscenza dello stato della resina scambiatrice viene ottenuta attraverso misure di conducibilità elettrica, sia della resina che delle acque (entrante ed uscente) . Tali misure sono anche qui ottenute mediante elettrodi ubicati in posizioni diverse delle colonna addolcitrice . E' prevista la misura della conducibilità dell'acqua entrante in colonna come pure dell'acqua uscente dalla colonna. Sono pure previsti altri elettrodi per misurare la conducibilità dell'insieme formato da resina ed acqua. E' pure previsto un misuratore di portata dell'acqua entrante, un dosatore ed un serbatoio del sale rigenerante collegabile con la colonna. Un circuito elettronico - solo accennato e rappresentato - dovrebbe provvedere alla gestione della rigenerazione attraverso il controllo di mezzi valvolari ed alla valutazione delle informazioni ricevute dagli elettrodi sopracitati, dal misuratore di portata e da un sensore di temperatura. Per le misure di conducibilità si opera in corrente alternata sinusoidale con la conseguenza che la circuiteria della parte relativa al rilevamento ed alla prima gestione delle conducibilità interelettrodiche rilevate risulta particolarmente complessa, antieconomica (specificatamente per la necessità di utilizzare componenti aggiuntivi per la generazione di onda sinusoidale e per la funzione di condizionamento del segnale proveniente dagli elettrodi di misura costituita da un amplificatore, un rilevatore di picco e un filtro passa basso). Inoltre si possono avere tra gli elettrodi tensioni relativamente elevate tali da dare origine a fenomeni di elettrolisi con conseguente corrosione degli stessi .

Scopo precipuo della presente invenzione è quello di realizzare una soluzione per il rilevamento dello stato dell'addolcitore che sia economica (specie se si considera la produzione massiva di macchine lavatrici che degli addolcitori fanno uso), precisa e tale da non determinare l'applicazione agli elettrodi di tensioni che ne pregiudichino la resistenza alla corrosione e quindi la durata di vita, e tutto ciò consentendo del pari all'utente di risparmiare acqua, sale rigenerante e resina, senza l'obbligo di conoscere la durezza dell'acqua.

Questo scopo, oltre ad altri che meglio o risulteranno dalla descrizione dettagliata che segue, vengono raggiunti dal dispositivo conforme agli insegnamenti delle annesse rivendicazioni. L'invenzione sarà meglio compresa dalla seguente descrizione dettagliata, fornita a puro titolo esemplificativo e quindi non limitativo di una sua preferita forma di realizzazione illustrata negli annessi disegni, in cui:

la figura 1 mostra schematicamente parte di un apparecchio elettrodomestico incorporante il dispositivo addolcitore e il sistema di controllo per la misura della conducibilità secondo la presente invenzione;

la figura 2 mostra uno schema a blocchi del circuito elettronico di misura relativo al dispositivo addolcitore;

la figura 3 mostra schematicamente una parte del circuito di figura 2 e serve a chiarire l'operatività di esso circuito in base ad una esemplificazione, e

la figura 4 mostra schematicamente un diagramma di flusso attinente l'apparecchio elettrodomestico ed il dispositivo addolcitore.

Con riferimento alle figure, ed in particolare, inizialmente alla figura 1, con 1 è indicato un ingresso dell'acqua di rete, ingresso includente una valvola d'ingresso 2 controllata da un circuito di controllo primario 3 appartenente ad macchina lavatrice (esemplificata in una lavastoviglie) ed interfacciata con l'utente per metterlo in grado di impostare il programma di lavaggio voluto.

A valle della valvola 2 è presente un misuratore di portata 4 che trasmette il dato di misura al circuito di controllo primario 3.

L'acqua passa dal misuratore di portata 4 in un dosatore 5 internamente suddiviso in due comparti, uniti da troppopieno, uno dei quali è connesso con un contenitore 6 ove è posto un sale rigenerante (della resina scambiatrice di cui si parlerà di seguito) e ove si forma la relativa soluzione salina .

Il contenitore 6 comunica con una colonna 7 di resina scambiatrice cationica attraverso una valvola 8 pilotata dal circuito di controllo primario 3.

L'altro comparto del dosatore 5 è connesso con la colonna 7 di resina scambiatrice cationica, la quale prevede un'uscita 9 per l'acqua addolcita, acqua che passa all'utilizzazione nella macchina lavatrice.

Secondo l'invenzione nella colonna 7 sono previsti più elettrodi (di materiale resistente alla corrosione), cinque nella riproduzione di figura 1, che penetrano nella colonna attraverso la relativa parete.

I cinque elettrodi sono identificati con le lettere A, B, C, D, E in figura 1 e la loro funzionalità è la seguente:

• elettrodo A: elettrodo per il pilotaggio del segnale per la misura della conducibilità dell'acqua entrante in colonna (cioè dell'acqua di rete) denominata RSW.

• elettrodo B: elettrodo per il ritorno del segnale per la misura della conducibilità dell'acqua entrante in colonna (ritorno comune).

• elettrodo C: elettrodo per il ritorno del segnale per la misura della conducibilità trasversale e superiore della resina scambiatrice cationica (ritorno comune).

• elettrodo D: elettrodo per il pilotaggio del segnale per la misura della conducibilità superiore della resina scambiatrice cationica denominata RSO.

• elettrodo E: elettrodo per il pilotaggio del segnale per la misura della conducibilità trasversale della resina scambiatrice cationica denominata RSQ.

Attraverso gli elettrodi A e B viene rilevata la conducibilità dell'acqua di rete (RSW) e tramite successiva elaborazione la relativa durezza (data la correlazione tra le due grandezze).

Attraverso gli elettrodi D e C viene rilevata la conducibilità superiore (RSO) della resina scambiatrice cationica.

Attraverso gli elettrodi E e C viene rilevata la conducibilità trasversale (RSQ) della resina scambiatrice cationica.

I parametri RSO e RSQ forniscono indicazioni circa lo stato di esaurimento delle resine (il continuo defluire dell'acqua di rete della colonna 7 provoca il deposito progressivo di ioni calcio e magnesio nella resina scambiatrice cationica) .

Lo stato di esaurimento delle resine insieme all'informazione della durezza dell'acqua entrante identifica la necessità di far partire il processo di rigenerazione della resina scambiatrice cationica. Tale processo è controllato dal circuito di controllo primario 3 con l'apertura della valvola 8.

Gli elettrodi in questione sono connessi con un circuito elettronico di misura 10 (dotato di un controllore 11) dialogante con il circuito di controllo primario 3 dell'apparecchio elettrodomestico .

Il microcontrollore utilizzato sul circuito di misura 10 deve essere dotato di un convertitore analogico digitale con almeno sette ingressi e di almeno otto piedini di ingresso / uscita di utilizzo generico.

Due tipi di microcontrollori aventi queste caratteristiche sono l'MC68HC908 JK3 prodotto dalla Motorola e l'STLITEX prodotto da ST.

In figura 1 le cooperazioni interelettrodiche sono individuate dai percorsi a linee a tratti e punti ed indicati con i riferimenti RSW, RSO e RSQ.

In figura 2 sono riprodotti, a sinistra della linea di cesura K, il circuito di controllo primario 3 e, a destra, il circuito elettronico di misura 10 nei suoi componenti, assieme, in forma di blocchi, alle ammettenze (qui espresse come impedenza e nell'ulteriore trattazione più semplicemente considerate come resistenza per facilitare l'esposizione relative ai percorsi RSW, RSO, RSQ).

Con riferimento alla figura 2, il circuito di misura 10, prevede un alimentatore / convertitore cc / cc isolato in classe II, indicato con 11 connesso con il circuito di controllo primario 3 ed alimentante un microcontrollore 12 con integrato un convertitore analogico / digitale 30. Il microprocessore dialoga con il circuito di controllo principale attraverso una coppia di fotoaccoppiatori 13 per assicurare un isolamento in classe II.

I piedini del microcontrollore 12 sono individuati dal prefisso μ associato ad un suffisso numerico (cioè ad esempio μ5, μβ ecc.). L'elettrodo B e l'elettrodo C che rappresentano rispettivamente il ritorno comune del segnale per la misura della conducibilità dell'acqua entrante (RSW) e il ritorno comune del segnale per la misura delle conducibilità superiore (RSO) e trasversale (RSQ) della resina sono cortocircuitati sul circuito di misura 10 e collegati al piedino μ17 del microcontrollore . I piedini μ5, μδ, μ7 sono rispettivamente connessi attraverso resistori limitatori R8, R9 e RIO con i blocchi 14, 15 e 16 rappresentativi, come detto sopra, delle resistenze (impedenze) variabili dei percorsi interelettrodici a, b, c. Gli elettrodi A, B, C, D, E di figura 1 sono pure riportati. I piedini μΐΐ, μ12, μ13, sono rispettivamente connessi con le linee che vanno da R8 al blocco 16, da R9 al blocco 15 e da RIO al blocco 14. I blocchi, 14, 15 e 16 sono tutti connessi al piedino μ17 (di ritorno comune) ed a resistori R18, R19, R20. R18, R19, R20 che rappresentano resistori di riferimento aventi valori di resistenza diversi tra loro. Ciascuno di questi resistori è connesso a due distinti piedini del microcontrollore 12, precisamente R18a μ23 e 24, R19a μ22 e 25 e R20 μ21 e μ26. A puro titolo esemplificativo possono avere i seguenti valori 20 Ohm, 600 Ohm e 2400 Ohm. Attraverso una opportuna loro selezione (gestita dal microcontrollore 12) servono a fare sì che la tensione agli elettrodi A, B, C, D, E rimanga in margini di sicurezza, tale da non pregiudicare la loro resistenza alla corrosione .

Ad ulteriore chiarimento si farà ora riferimento alla figura 3.

Sulla base di tale figura viene analizzata la fase di misura della "resistenza" (elettrica) 16 dell'acqua di rete entrante nella colonna addolcitrice 7 quando viene interessato il resistore R18. Si tratta di determinare il valore, incognito, di tale resistenza 16. Va precisato che analoga analisi è immediatamente applicabile quando sono selettivamente interessati (ad opera del microcontrollore 12) il resistore R19 o R20 (in tali casi saranno interessati i piedini μ25 e μ26 al posto del piedino μ24).

Quando deve essere misurata la resistenza (pure incognita) 15 o 14 si sostituisce concettualmente al piedino μ5 il piedino μβ o μ7.

Nell'esempio di figura 3 il piedino μ5 e quello μ24 vengono pilotati con due onde P e Q sostanzialmente quadre sfasate tra loro di 180° (ciclo utile del 50% con frequenza compresa tra lkHZ e lOkHZ). Tutti gli altri piedini sono forzati (dal microprocessore 12) allo stato di alta impedenza. Va precisato che quando sarà il turno (gestito dal microcontrollore 12) di determinare i valori di R14 e R15, tali onde quadre saranno applicate ad esse resistenze e le onde quadre saranno in opposizione a quella del piedino μ26. In corrispondenza dei piedini μ13 e μ17 vengono misurate le tensioni in A e B (queste tensioni vengono rispettivamente indicate con VA e VB). Al piedino μ23 viene misurata la bassa tensione (Vo) del microcontrollore 12.

Quando è alta la tensione al piedino μ5 e bassa quella al piedino μ24 una corrente Ix fluisce nel senso indicato in figura 3. Tenuto conto dell'alta impedenza dei piedini da μΐΐ a μ23 (che sono quelli del convertitore analogico / digitale 30) si può scrivere che

Ix (VB - VO)/ RI8 (1)

Il valore di resistenza (incognita) 16 (attinente la durezza dell'acqua di rete) si ottiene dalla seguente equazione:

resistenza 16 = (VA - VB)/ Ix (2)

che con le dovute sostituzioni dà:

resistenza 16 = (R18 [(VA - VB)/ (VB - VO)].

La resistenza incognita 16 viene così determinata dal microcontrollore 12. In modo analogo, con le sostituzioni in precedenza indicate, vengono determinate le resistenze relative ai blocchi 14 e 15.

E' possibile tuttavia che durante la misurazione la tensione agli elettrodi (ad esempio VA - VB) raggiunga valori indesiderabilmente elevati tali da produrre effetti di elettrolisi sugli elettrodi interessati (compromettenti la loro integrità). L'invenzione prevede che le misure di conduttività avvengano in modo da evitare l'inconveniente e ciò attraverso una selezione dei resistori di riferimento R18, R19, R20 tale da mantenere la tensione entro limiti di sicurezza.

La misura inizia con la selezione di quello tra i resistori dì riferimento R18, R19 e R20 che ha il massimo valore e prosegue con tale resistore di riferimento nel modo indicato in precedenza (equazioni 1, 2 e 3). Nel caso in cui l'incognita (14, 15, 16) così calcolata abbia lo stesso ordine di grandezza del resistore di riferimento massimo (ad esempio R18) la misura fatta viene trasmessa in forma adeguata al circuito di controllo primario 3 attraverso i fotoaccoppiatori 13 e ciò in quanto l'adozione del resistore di riferimento di valore intermedio (ad esempio R19) darebbe luogo ad una caduta di tensione interelettrodica inaccettabile.

Se gli ordini di grandezza sono invece diversi (cioè valore incognita « della resistenza massima di riferimento adottata) , il calcolo della incognita viene fatto utilizzando il resistore di valore intermedio (ad esempio R19).

Se anche in questa situazione si verificano condizioni analoghe a quelle precedenti, cioè se l'incognita calcolata è dello stesso ordine di grandezza del valore del resistore di riferimento intermedio, allora il dato relativo all' incognita calcolata passa al circuito elettronico primario; se invece l'incognita calcolata è di ordine diversa dal valore del resistore intermedio, il calcolo dell'incognita viene fatto introducendovi il valore del resistore minimo (ad esempio R20).

La figura 4 illustra in modo compiuto d'immediata intelligenza (viste le indicazioni che vi sono riportate) lo schema di flusso relativo, su un lato, alla sequenza delle fasi operative del circuito di controllo primario 3 e, sull'altro lato, la sequenza delle fasi operative del circuito di misura, nonché le interconnessioni logiche tra le due sequenze.

Con i dati fornitigli dal circuito elettronico di misura 12, il circuito di controllo primario 3 elabora, richiamando dati memorizzati nella propria memoria, i tempi e modi che presiedono alla fase di gestione della rigenerazione della colonna 9 resina scambiatrice . Sempre sulla base dei dati memorizzati può anche stabilire e se opportuno visualizzare lo stato attuale della resina.

Va precisato che le misurazioni relative a valori attuali delle incognite sono di durata molto breve (ad esempio 4-10 periodi delle tensioni applicate) e sono preferibilmente effettuate (vedi figura 4) prima del vero e proprio ciclo di

lavaggio .

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo addolcitore, in particolare per apparecchi domestici come lavastoviglie, lavabiancheria e simili, comprendente una colonna di materiale di scambio ionico (7), e sensori (A, B, C, D, E) dell'acqua e del materiale per il rilevamento di grandezze inerenti l'operatività di tale colonna attraverso misure di conducibilità elettrica, caratterizzato dal fatto che i sensori (A, B, C, D, E) sono alimentati da un circuito elettronico di misura (10) con tensioni ad onde sostanzialmente quadre in opposizione di fase.
2. 2. Dispositivo come in 1, in cui detti sensori (A, B, C, D, E) sono elettrodi, cooperanti elettricamente a coppie, ad un primo elettrodo di ogni coppia essendo applicata una tensione sostanzialmente ad onda quadra, mentre al secondo elettrodo di ogni coppia essendo applicata una tensione sostanzialmente ad onda quadra in opposizione di fase rispetto alla prima.
3. 3. Dispositivo come in 1 o 1 e 2, in cui il circuito elettronico di misura (10) comprende un microcontrollore (12) incorporante un convertitore analogico / digitale (30).
4. 4. Dispositivo come in 1 o 1 e 2 o 1, 2 e 3, in cui il microcontrollore (12) costituisce la fonte delle tensioni ad onda quadra.
5. 5. Dispositivo come in una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui le coppie di sensori (A, B, C, D, E) sono eccitabili in successione dal microcontrollore (12).
6. 6. Dispositivo come in una o più delle rivendicazioni precedenti in cui sono previsti resistori limitatori (R8, R9, RIO) nelle connessioni tra microprocessore (12) ed uno degli elettrodi (A, B, C, D, E) di ciascuna coppia.
7. 7. Dispositivo come in una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui sono previsti resistori di riferimento di valore diverso (R18, R19, R20) , atti ad essere selettivamente posti in serie ad ogni coppia di elettrodi (A, B, C, D, E) selettivamente scelta, e selezionati in modo da assicurare la più alta precisione della misura compatibile con una tensione di riferimento, il cui superamento inciderebbe negativamente sulla resistenza alla corrosione degli elettrodi.
8. 8. Dispositivo come in una o più delle rivendicazioni precedenti in cui il circuito elettronico di misura (10) comprende accoppiatori fotoelettronici (13) attraverso i quali dialogare con il circuito elettronico (3) di gestione dell' apparecchio elettrodomestico in cui il dispositivo addolcitore è incorporato.
9. 9. Dispositivo come in una o più delle rivendicazioni precedenti, il microcontrollore (12) è alimentato attraverso un convertitore cc / cc (3) .