ITMI20100054U1 - Dispositivo di dosaggio di una miscela gassosa - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per modello d’utilità avente per titolo:

“DISPOSITIVO DI DOSAGGIO DI UNA MISCELA GASSOSA”

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo per il dosaggio di una miscela di almeno due gas, come, per esempio, un gas comburente ed un gas combustibile.

La regolazione della composizione atmosferica in un forno, in particolare per mantenere composizioni diverse in diverse zone comunicanti nel forno o anche per far evolvere la composizione durante un ciclo, è un problema comune in diversi settori tecnici, come, ad esempio, in:

• produzione di fili metallici

• produzione di vetro cavo, e

• industrie di metalli non ferrosi o reattivi, come quella del rame, così come in altri settori dove interazioni di atmosfera in forni multizona possono influenzare il trattamento dei materiali.

Nella produzione di fili metallici, come descritto per esempio nella domanda internazionale di brevetto WO 03/104501, spesso fra le diverse fasi di trafilatura si collocano fasi di trattamento termico. Questo trattamento termico, denominato “patentamento”, avviene in due fasi, al fine di ottenere una struttura di strati lamellari di perlite che permette sia una ulteriore trafilatura, sia il fissaggio del carico di rottura finale.

In un primo tempo, il filo è elevato ad una temperatura da 950 a 1000°C per dissolvere in modo omogeneo i carburi e ottenere una struttura di tipo austenitico. Questa fase è denominata austenizzazione.

In un secondo tempo, il filo è raffreddato bruscamente fino ad una temperatura da 530 a 600°C, per essere mantenuto infine a questa temperatura per circa da 6 a 12 secondi al fine di garantire la precipitazione dei carburi sotto forma lamellare.

Questo procedimento in due fasi avviene su strati di fili che scorrono dapprima attraverso un forno ad alta temperatura, denominato forno di austenizzazione, e successivamente attraverso un letto fluidizzato o un bagno di piombo fuso. Un’alternativa è quella di garantire il suo raffreddamento all’aria o in un mezzo acquoso.

Durante la fase di austenizzazione, il filo viene portato a temperature elevate in cui il rischio di decarburazione, ovvero di ossidazione in superficie, è notevole, e questo tanto più se il filo deve essere mantenuto oltre 850 fino a 950°C per garantire la dissoluzione completa dei carburi.

Infatti, la notevole ossidazione del filo conferisce una pellicola che, dopo il decapaggio, lascia in superficie un acciaio impoverito di carbonio, dove la struttura perlitica desiderata non è presente.

Per evitare questa ossidazione, o ogni filo è inserito in un tubo riscaldato dall’esterno in cui è iniettato un gas protettore, o il filo è a contatto diretto con un’atmosfera di composizione fissa, evitando quindi l’ossidazione della sua superficie.

Quest’ultima soluzione è applicata in forni i cui prodotti di combustione sono a diretto contatto con i fili. Questi forni sono denominati “forni a fuoco nudo”. Se non si può impedire la formazione di una pellicola molto debole di ossido in superficie, a causa del contatto del filo con l’acqua residua della combustione, questo di solito non porta a una conseguenza negativa. Proprio al contrario, una pellicola di qualche micron di grandezza è vantaggiosa al fine di garantire uno stato di superficie soddisfacente. Tuttavia, bisogna evitare una decarburazione in profondità che sarà di solito fatale per il prodotto trattato.

Questi forni, che comprendono tipicamente da 3 a 5 zone successive, comprendono atmosfere sempre più riduttrici man mano che i fili raggiungono una temperatura elevata. L’atmosfera in queste zone è fissata dalla composizione dei fumi che escono dai bruciatori, composizione che dovrà variare quindi secondo la posizione del bruciatore nel forno, e questo dipenderà a sua volta dal rapporto aria-combustibile della miscela fornita al bruciatore.

Nella produzione di vetri cavi, come bottiglie o bicchieri, oltre ad un forno di fusione principale, si trovano dei forni a forma di canali in cui il vetro viene raffreddato lentamente per ottenere una viscosità compatibile con lo stampo in cui il vetro verrà colato. Questo tipo di forno è denominato “feeder” o “forehearth”.

Nel gruppo di questi forni, la composizione del vetro deve essere mantenuta in intervalli molto stretti, così come eventualmente il livello di ossidazione dei suoi ioni che, infine, fisseranno sia la composizione del vetro, sia il colore di questo dopo il raffreddamento del pezzo colato.

In questo quadro, poiché questi forni sono relativamente lunghi, sono anche previste diverse zone di regolazione della composizione atmosferica, zone in cui deve nuovamente essere mantenuta un’atmosfera costante, qualunque sia il livello di produzione.

Nel patentaggio di fili metallici, all’uscita dal forno dei fili trattati, è preferibile una tenuta perfetta per evitare l’atmosfera riduttrice dell’ultima zona. Infatti, qualsiasi presenza di ossigeno a contatto con il monossido di carbonio riduttore ad alta temperatura darà luogo alla creazione di una fiamma, con il rischio che radicali liberi di ossigeno non vadano a decarburare la superficie dei fili. Per questo, i fumi di combustione presenti nel forno si spostano nel senso opposto al movimento dei fili.

Ma poiché i bruciatori modulano in funzione della potenza di riscaldamento richiesta e ogni zona riceve fumi dalla zona successiva, di solito è necessario mantenere una carica stabile al fine di evitare che le regolazioni di atmosfera che regna nelle diverse zone del forno non vengano turbate.

Queste perturbazioni pongono infatti notevoli problemi, poiché la variazione di monossido di carbonio prodotta in una zona fa sì che il volume di monossido di carbonio che giunge nella zona precedente sia diverso. Può quindi derivarne un’instabilità della temperatura che regna in ogni zona, ed uno stato di superficie del filo irregolare che ha come conseguenza condizioni instabili di decapaggio da gestire e la possibilità di contaminare durante questo la superficie del filo, per esempio, dopo il passaggio del filo nella vasca di tempra al piombo.

Per gli stessi fenomeni, nella produzione di vetro concavo, una modifica di potenza su una zona può causare una interferenza dell’atmosfera di questa zona su un’altra.

Tanto nei forni di austenizzazione di fili metallici quanto in questi “feeders” per la produzione di vetro cavo, è noto all’esperto nella tecnica il fatto di modulare il rapporto aria-gas combustibile con il quale ogni bruciatore o gruppo di bruciatori è alimentato manualmente con un miscelatore a tromba proporzionale, come descritto precedentemente nel brevetto francese FR 1.180.156. Il gruppo di bruciatori di ogni zona può essere alimentato da un solo miscelatore, o da diversi miscelatori che emettono lo stesso rapporto aria-gas combustibile.

Per la modulazione manuale del rapporto aria-gas combustibile con un tale miscelatore, un operatore deve regolarmente misurare l’atmosfera in ogni zona del forno con un analizzatore, interpretare i risultati, e spostare un organo di regolazione della miscela nel miscelatore di conseguenza. Questo coinvolge diversi fattori difficilmente controllabili, come la cadenza e regolarità della presa di misura dell’atmosfera del forno, l’ordine di analisi delle zone, l’utilizzo dell’analizzatore (calibratura, lettura) e la precisione dell’interpretazione dei risultati ottenuti, l’interpretazione del tipo di combustione data per esempio da un bruciatore spia, e la sensibilità dell’operatore durante l’azione sull’organo di regolazione della miscela. Il fattore umano può quindi sostanzialmente influenzare la qualità della produzione. Lo stesso problema si pone in modo ancora più acuto in forni ad una o diverse zone distinte, in cui la composizione atmosferica in ogni zona deve seguire un riferimento variabile durante il ciclo di produzione.

Per risolvere questo problema, è quindi desiderabile automatizzare la regolazione della miscela nei miscelatori in funzione della differenza fra l’atmosfera desiderata e l’atmosfera reale in ogni zona del forno. Per questo è necessario pilotare i miscelatori e di conseguenza motorizzarli.

Un miscelatore motorizzato è stato proposto nel brevetto belga BE 764.407, che ci sembra rappresentare lo stato della tecnica più prossima. Questo dispositivo per il dosaggio di una miscela di almeno due gas, come, per esempio, dell’aria e un gas combustibile, comprende:

- un primo dosatore comprendente una parte convergente che sbocca in un’uscita, questo dosatore comunicando a monte di detta parte convergente con una prima condotta di adduzione di uno di detti gas;

- un secondo dosatore a valle del primo dosatore, sostanzialmente coassiale rispetto a questo e comprendente almeno una parte convergente d’entrata ed una parte divergente di uscita, uno fra detti primo o secondo dosatore essendo montato scorrevole rispetto all’altro, l’uscita del primo dosatore potendo quindi essere introdotta nell’entrata del secondo;

- una camera, in cui sbocca una seconda condotta di adduzione per un altro di detti gas, in comunicazione con l’uscita del primo dosatore e l’entrata del secondo; e

- un attuatore comprendente:

un motore con un albero rotante di uscita,

una trasmissione fra detto albero rotante e il dosatore scorrevole per convertire un movimento di rotazione dell’albero e un movimento di spostamento assiale del dosatore scorrevole.

In questo miscelatore della tecnica anteriore, questa trasmissione è formata da un ingranaggio demoltiplicatore dritto accoppiato ad un anello rotante che circonda il miscelatore, con una filettatura interna impegnata ad una filettatura esterna assialmente guidata e connessa al dosatore scorrevole.

Tuttavia, in modo inatteso, questo dispositivo di dosaggio motorizzato della tecnica anteriore non ha trovato applicazioni pratiche nei settori tecnici come quelli di patentamento dei fili metallici e della produzione di vetro cavo, che esigono una grande precisione nella miscela. Sono stati scoperti diversi svantaggi.

Innanzitutto, l’ingranaggio demoltiplicatore dritto comporta un gioco eccessivo per la regolazione precisa della miscela, e in particolare per la regolazione continua. Inoltre, offre solo un rapporto di demoltiplicazione limitato, ma soprattutto non può impedire che uno sforzo esterno sul dosatore o l’anello o vibrazioni possano causare uno spostamento assiale del dosatore indipendente dai movimenti comandati al motore. Oppure, la regolazione precisa della miscela esige un controllo preciso della posizione del dosatore, e questo è allora impossibile senza equipaggiare il miscelatore con sensori di posizione del dosatore costosi e delicati.

Inoltre, la lavorazione delle filettature interna ed esterna, a causa del loro grande diametro e loro piccolo angolo di filettatura esige una grande precisione, e quindi un costo di fabbricazione elevato.

È vantaggioso fornire un dispositivo di dosaggio di una miscela gassosa che permette una regolazione automatica con precisione e senza isteresi sensibile. Per questo, la trasmissione è autobloccante.

Preferibilmente, detta trasmissione comprende un ingranaggio demoltiplicatore a ruota e vite senza fine accoppiato a detto albero rotante ed un meccanismo di conversione accoppiato a detto ingranaggio demoltiplicatore per convertire il movimento rotante demoltiplicato in movimento assiale. L’utilizzo di una trasmissione con un ingranaggio a ruota e vite senza fine come ingranaggio demoltiplicatore permette una demoltiplicazione molto più elevata con un gioco molto più limitato. La conversione del movimento a valle può allora avvenire con un ingranaggio a vite e dado senza dover ricorrere a filettature a piccolo angolo di filettatura. Il gioco totale dell’attuatore è quindi enormemente limitato, permettendo una regolazione della miscela senza isteresi sensibile.

Preferibilmente, detto meccanismo di conversione può essere una trasmissione a vite e dado. Ancora più preferibilmente, questa comprende una vite non coassiale con detti dosatori montati all’esterno del dispositivo. In questo modo, questa trasmissione può restare facilmente accessibile per la sua manutenzione, pur avendo un ridotto ingombro. La trasmissione a vite a dado può anche comprendere un dado almeno parzialmente in materiale sintetico, che può presentare vantaggiosamente un carico massimo di rottura predeterminato, in modo da rompersi in caso di bloccaggio meccanico del miscelatore, nel caso di un non sblocco della protezione elettrica del motore, o nel caso di una disfunzione di un sensore di fine corsa e garantisce la protezione di detto miscelatore, pur limitando il gioco della trasmissione, e quindi l’isteresi della regolazione della miscela. In particolare, il carico massimo di rottura del dado può essere inferiore ad un carico massimo del motore, in modo da proteggere questo contro i sovraccarichi.

In alternativa, tuttavia, detta trasmissione può essere del tipo vite a sfere. Una tale trasmissione permette anche una regolazione assiale precisa, senza gioco sensibile, e autobloccante.

Preferibilmente, il dispositivo di dosaggio può comprendere almeno una fessura assiale in una parete, attraversata da un perno connesso al dosatore scorrevole. In questo modo, lo spostamento del dosatore scorrevole è guidato assialmente e può anche essere azionato e/o misurato dall’esterno. Per questo, detto perno può essere connesso almeno a detta trasmissione per attuare il movimento di spostamento assiale del dosatore montato scorrevole e/o a dei sensori di posizione di detto perno, quali per esempio dei sensori di fine corsa.

Un altro obiettivo della presente invenzione è quello di fornire un forno con almeno una zona di trattamento termico con atmosfera regolata automaticamente. Per questo, la presente invenzione si riferisce anche ad un forno comprendente almeno una zona di trattamento termico, un analizzatore di composizioni atmosferiche di detta almeno una zona, almeno un bruciatore per zona, almeno un dispositivo di dosaggio secondo l’invenzione per l’alimentazione con gas comburente e gas combustibile dell’almeno un bruciatore di ogni zona, e un regolatore elettronico connesso a detto analizzatore e agli attuatori di detti dispositivi di dosatura per pilotare in ogni zona una composizione atmosferica corrispondente sostanzialmente ad un riferimento. Quindi, una composizione atmosferica predeterminata, sostanzialmente costante o anche variabile secondo un ciclo, può essere pilotata in ogni zona, e questo in modo indipendente dal carico del forno.

Preferibilmente, detto regolatore elettronico può essere un regolatore PID, che permette una rapida risposta a divari rispetto alle disposizioni, pur evitando ampiamente effetti di retroazione positiva.

Preferibilmente, detto forno può comprendere una pluralità di dette zone in comunicazione le une con le altre. In questo modo l’invenzione permette di evitare che la composizione atmosferica di una zona di sovrapressione possa condizionare quella di una zona a pressione meno elevata.

Preferibilmente, detto analizzatore può comprendere sensori di ossigeno e di monossido di carbonio, per determinare in tal modo il carattere riduttore o ossidante della composizione atmosferica.

Preferibilmente, detto analizzatore può essere in comunicazione con un dispositivo di prelevamento per zona. Quindi, un solo analizzatore può servire a regolare la composizione atmosferica di tutte le zone del forno. Più preferibilmente, il forno può allora comprendere anche una pompa di estrazione, ed ogni dispositivo di prelevamento una valvola a tre vie, di cui una prima è in comunicazione con la zona corrispondente, una seconda con detta pompa di estrazione, ed una terza con detto analizzatore. Questo garantisce la presa di campioni dall’atmosfera di ogni zona per l’analizzatore. Il forno può anche comprendere, fra detti dispositivi di prelevamento e detto analizzatore, un raffreddatore provvisto di una pompa automatica di scarico di condensati, al fine di fornire campioni secchi dell’atmosfera di ogni zona ad una temperatura più accettabile per l’analizzatore. Ancora più preferibilmente, a valle di detto raffreddatore, può essere installato un sensore di umidità, al fine di essere sicuri del corretto funzionamento del raffreddatore. Per garantire la portata di campioni gassosi verso l’analizzatore, il forno può anche comprendere, fra detti dispositivi di prelevamento e detto analizzatore, una pompa, preferibilmente connessa ad un flussometro per garantire una portata costante e/o provvista di una valvola di sicurezza.

Preferibilmente, il forno può comprendere inoltre un dispositivo di portata di un gas di calibratura verso l’analizzatore, per garantirne la taratura.

Dettagli riguardanti l’invenzione sono descritti di seguito in riferimento ai disegni.

La figura 1 illustra in prospettiva un dispositivo di dosaggio secondo una prima forma di realizzazione dell’invenzione;

la figura 2 illustra lo stesso dispositivo di dosaggio, in cui un cofano del motore è stato asportato per esporre l’attuatore;

la figura 3 è una vista in dettaglio dell’attuatore esposto;

la figura 4 è una vista schematica dell’ingranaggio demoltiplicatore dell’attuatore della figura 3;

la figura 5 è un’altra vista in prospettiva del dispositivo della figura 1 che mostra dei sensori di fine corsa del dosatore scorrevole;

la figura 6 è una sezione longitudinale del dispositivo della figura 1, con il dosatore scorrevole in una prima posizione;

la figura 7 è un’altra vista in sezione longitudinale del dispositivo della figura 1, con il dosatore scorrevole in una seconda posizione;

le figure 8a e 8b sono viste in prospettiva di un primo segmento del dispositivo della figura 1 comprendente il dosatore scorrevole, senza l’attuatore o i sensori di fine corsa;

la figura 9 illustra in prospettiva un dispositivo di dosaggio secondo una seconda forma di realizzazione dell’invenzione;

la figura 10 illustra il dispositivo di dosaggio della figura 9 in sezione longitudinale;

la figura 11 è una vista schematica di un forno secondo una forma di realizzazione dell’invenzione; e

la figura 12 è uno schema di un procedimento di regolazione del forno della figura 11 secondo una forma di realizzazione dell’invenzione.

Un dispositivo di dosaggio di una miscela di un primo e di un secondo gas, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, è illustrato sulla figura 1. Questo dispositivo di dosaggio 1 comprende una condotta di adduzione 2 per il primo gas, una condotta di adduzione 3 per il secondo gas, una condotta di uscita 4 per la miscelazione, un attuatore 5 che serve a regolare il dosaggio dei gas nella miscela e coperto da un cofano del motore 6, e sensori di fine corsa 7 installati su un lato del dispositivo di dosaggio 1 trasversalmente opposto all’attuatore 5.

Nelle figure 2 e 3, il dispositivo di dosaggio 1 è mostrato senza il cofano del motore 6. Quindi si espone l’attuatore 5 che comprende un motore elettrico 8 con un albero rotante di uscita 9, un ingranaggio demoltiplicatore 10 connesso a detto albero rotante 9, ed un meccanismo di conversione 11 con un’entrata rotante formata da una vite 12 connessa a detto ingranaggio demoltiplicatore 10 ed un’uscita assiale formata da un dado 13 impegnato su detta vite 12. Il dado 13 è in materiale sintetico, preferibilmente resistente al calore, ed è trattenuto in una gabbia metallica 14 sulla quale è fissata una guida di scorrimento 15 in materiale sintetico, preferibilmente resistente al calore e che presenta un basso coefficiente di attrito con il metallo. Questa guida di scorrimento 15 è guidata assialmente in una scanalatura 16 sostanzialmente parallela alla vite 12 e lavorata su una superficie esterna del dispositivo 1.

L’ingranaggio demoltiplicatore 10 è illustrato schematicamente sulla figura 4. Si tratta di un ingranaggio autobloccante a ruota 17 e vite senza fine 18, in cui la vite senza fine 18 è accoppiata all’albero rotante 9 in uscita dal motore 8, e la ruota 17 è accoppiata all’entrata rotante del meccanismo di conversione 11. Un tale ingranaggio a ruota e vite senza fine offre il vantaggio di offrire un rapporto di demoltiplicazione elevato con un ridotto ingombro e soprattutto un gioco molto limitato.

In una forma di realizzazione vantaggiosa, il rapporto di demoltiplicazione dell’ingranaggio demoltiplicatore 10 di una forma di realizzazione preferita dell’invenzione può essere di 31 :1. Con, per esempio, un passo all’incirca di 2,5 mm sulla vite 12, questo porta ad un avanzamento del dado 13 all’incirca di 8 mm per 100 giri del motore, e questo facilita una regolazione precisa della posizione del dado 13.

Utilizzando con questa forma di realizzazione vantaggiosa un dado 13 con un carico massimo di rottura di 2,4 kN, ed un motore 8 avente una coppia massima di circa 0,25 Nm, ovvero che può esercitare un carico massimo di all’incirca 3 kN attraverso detto ingranaggio demoltiplicatore 10 e vite 12, la rottura controllata di detto dado 13 proteggerà il motore 8 da un sovraccarico.

Sulla figura 5 si possono apprezzare i due sensori di fine corsa 7 installati su un lato del dispositivo 1 opposto all’attuatore 5.

Facendo ormai riferimento alle figure 6 e 7, si vede il dispositivo di dosaggio 1 in sezione longitudinale. Si può apprezzare che il dispositivo di dosaggio 1 comprende tre segmenti 19, 20 e 21. Il primo segmento 19 comprende un manicotto 22 con detta condotta di adduzione 2 del primo gas, la quale sbocca in un primo dosatore 23 montato scorrevole in questo manicotto 22. Questo primo dosatore 23 comprende una prima parte 24 convergente, ed una seconda parte 25 cilindrica. Intorno alla sua estremità di uscita 26, questo primo dosatore 23 comprende anche un bordo esterno circolare 27. Il primo dosatore 23 è collegato alla gabbia metallica 14 del dado 13 dell’attuatore 5 attraverso un perno 28 che attraversa una fessura 29 nel manicotto 22, in modo che il movimento assiale del dado 13 sia trasmesso al primo dosatore 23. La guida di scorrimento 15 chiude la fessura 29, impedendo quindi al primo gas di fuoriuscire da questa fessura 29. Il primo segmento 19 comprende anche un perno 30 ed una fessura 31 identici e diametralmente opposti al perno 28 e fessura 29, per indicare la posizione del primo dosatore 23 ai sensori di fine corsa 7. Come illustrato sulle figure 8a e 8b, questo primo segmento 19 è quindi sostanzialmente simmetrico, e si possono scambiare le posizioni dell’attuatore 5 e sensori di fine corsa 7 secondo le condizioni di ingombro esterno del dispositivo 1.

Una guarnizione di tenuta anulare 32 è prevista fra questo primo dosatore 23 ed il manicotto 22, da una parte e dall’altra delle fessure 29 e 31. Queste guarnizioni 32 sono immobilizzate in alloggiamenti anulari 33 formati nella parete esterna del primo dosatore 23.

La seconda sezione 20 collega il primo e terzo segmento 19 e 21, comprende la condotta di adduzione 3 del secondo gas e forma una camera 34 intorno all’estremità di uscita 26 del primo dosatore 23.

Infine, la terza sezione 21 comprende un secondo dosatore 35 fisso con una prima parte convergente di entrata 36, una seconda parte 37 cilindrica, ed una terza parte divergente di uscita 38. Questo secondo dosatore 35 forma quindi una venturi. La parte convergente 36 è formata da due tronchi di cono 39 e 40 disposti estremità contro estremità. La conicità del primo tronco 39 è sostanzialmente superiore a quella dell’altro tronco 40, che è piuttosto di ridotta conicità.

Quando la portata del primo gas è attiva, il dispositivo di dosaggio 1 funziona come un eiettore, in cui il getto del primo gas che esce dal primo dosatore porta insieme a sé una portata proporzionale del secondo gas. Il dispositivo di dosaggio 1 permette di ottenere un rapporto costante di due gas in una miscela di questi ultimi mantenendo uno scorrimento laminare degli strati sovrapposti coassiali di due gas nel dispositivo, in particolare al momento in cui questi ultimi sono messi a contatto l’uno con l’altro. Il bordo 27 permette di creare un film di gas stazionario sulla parete esterna del primo dosatore 23, riducendo quindi l’attrito fra questa parete ed il gas che scorre intorno a questa. La miscelazione effettiva dei due gas ha luogo solo a valle del dispositivo di dosaggio 1.

E’ in tal modo che, per una miscela di gas combustibile e comburente, quando il dispositivo di dosaggio 1 è montato in modo da alimentare un bruciatore o un gruppo di bruciatori, il rapporto dei due gas non è influenzato dalla contropressione all’uscita del bruciatore o bruciatori.

Il rapporto fra i due gas può essere regolato attraverso lo spostamento assiale del primo dosatore 23 rispetto al secondo dosatore 35. A causa della forma convergente dell’entrata 36, lo spazio anulare 41 fra i due si riduce quando i due dosatori 23 e 35 saranno ravvicinati, limitando quindi la portata del secondo gas. Sulla figura 6, il dispositivo di dosaggio 1 è illustrato con il primo dosatore 23 nella sua posizione più distante possibile rispetto al secondo dosatore e quindi un rapporto massimo fra il secondo ed il primo gas nella miscela. Sulla figura 7, al contrario, il primo dosatore 23 è avanzato fino a giungere a contatto con la parete dell’entrata 36 del secondo dosatore 35, chiudendo quindi lo spazio anulare 41 per impedire il passaggio del secondo gas.

Questo spostamento del primo dosatore 23 è effettuato mediante l’attuatore 5. Quando il motore elettrico 8 fa girare l’albero di uscita 9, il suo movimento rotante è dapprima demoltiplicato nell’ingranaggio 10 e successivamente convertito in uno spostamento assiale del dado 13 attraverso il meccanismo 11. Il dado 13 e perno 28 azionano il primo dosatore 23 nel suo spostamento assiale nel manicotto 22, riavvicinandolo o allontanandolo dal secondo dosatore 35. Il rapporto fra i due gas può quindi essere regolato comandando il motore 8.

Le figure 9 e 10 illustrano una forma di realizzazione alternativa di un dispositivo di dosaggio secondo l’invenzione. Fatta eccezione per l’attuatore, questo dispositivo di dosaggio 1’ è identico a quello della prima forma di realizzazione. In questo altro dispositivo di dosaggio 1’, l’attuatore 5’ comprende tuttavia un motore elettrico passo-passo 8’ con un albero rotante di uscita (non illustrato) orientato parallelamente all’asse del dispositivo di dosaggio 1’ ed una trasmissione del tipo vite a sfere con un’entrata rotante connessa a detto albero rotante del motore 8’ ed un’uscita assiale 13’. Questa uscita assiale 13’ dell’attuatore 5’ è collegata al dosatore 23 da un perno 28 che attraversa una fessura 29 nel manicotto 22, in modo che il movimento assiale dell’uscita assiale 13’ sia trasmesso a questo primo dosatore 23.

Con un passo di vite di 4 mm per giro nella trasmissione del tipo vite a sfera e l’utilizzo di un motore 5’ di precisione passo-passo, è possibile ottenere una precisione assiale dell’ordine del decimo di millimetro. La forza assiale massima dell’attuatore 1’ illustrato è di 800 N, e la velocità assiale massima di 130 mm/s.

La figura 11 presenta schematicamente un forno 42 comprendente diverse zone 43 con atmosfere regolate e in reciproca comunicazione. Questo forno 42 potrà essere, per esempio, un forno di austenizzazione di fili metallici che scorrono attraverso le zone 43, o anche un forno del tipo <<feeder>> installato fra un forno principale di fusione di vetro ed uno stampo per conferire la forma di vetri cavi. Nel forno 42 illustrato, ogni zona 43 comprende diversi bruciatori 44 alimentati con una miscela di gas combustibile-aria attraverso un dispositivo di dosaggio 1 come quello descritto sopra. Tuttavia, per semplificare lo schema, un solo bruciatore 44 è illustrato per ogni zona 43. Ogni zona 43 comprende anche un dispositivo di prelevamento 45, che permette di prelevare campioni gassosi dall’atmosfera di questa zona 43 e comprendente una valvola 46 a tre vie, di cui una prima è in comunicazione con la zona 43 corrispondente, una seconda con una pompa di estrazione 47 comune, e una terza con un condotto 48 comune. Su questo condotto 48 sono installati un dispositivo 49 di portata di un gas di calibratura, un raffreddatore 50 munito di una pompa 51 automatica di scarico dei condensati, un sensore di umidità 52 a valle del raffreddatore 50 per garantire il suo corretto funzionamento, e una pompa 53, munita di una valvola di sicurezza 54 per evitare una sovrapressione a valle, e connessa ad un flussometro 55 per garantire una portata costante nel condotto 48. Questo condotto 48 sbocca in un analizzatore 56 che comprende almeno sensori di tenori volutici relativi di ossigeno e monossido di carbonio di campioni atmosferici prelevati nelle zone 43. L’analizzatore 56 è connesso ad un regolatore elettronico 57 per trasmettergli detti tenori. Il regolatore elettronico 57 è a sua volta connesso ai dispositivi di dosaggio 1 al fine di regolare per zona la miscela aria-combustibile con cui è alimentato ogni bruciatore 44, e a correggerlo nel caso in cui la composizione atmosferica nella zona 43 corrispondente si distanzi da un riferimento preliminare. Questo riferimento potrà essere regolato da un utilizzatore in funzione tanto del carattere ossidante o riduttore desiderato dell’atmosfera in ogni zona 43, quanto del gas combustibile utilizzato (per esempio metano, gas naturale, GPL, propano, butano, eccetera) e il suo rapporto con il gas comburente.

Il procedimento di regolazione della composizione atmosferica di ogni zona 43 del forno 42 è illustrato sulla figura 12. Quando il campione atmosferico prelevato dal dispositivo 45 viene alimentato, attraverso il condotto 48 con il raffreddatore 50 e la pompa 53, all’analizzatore 56, questo misura i suoi tenori di ossigeno e monossido di carbonio e trasmette segnali corrispondenti 58 e 59 al regolatore 57. In detto regolatore 57, il segnale 58, corrispondente al tenore di ossigeno, è sottratto al segnale 59, corrispondente al tenore di monossido di carbonio. Il segnale 60 risultante è successivamente confrontato con un segnale 61 corrispondente a detto riferimento precedente per ottenere un segnale 62. Il segnale 62 è sottoposto ad una legge di regolazione PID (proporzionale-integrale-derivata) attraverso i blocchi proporzionali 63, integrativo 64, e derivativo 65, per ottenere un segnale 66 di regolazione del motore 8 dell’attuatore 5 del dispositivo di dosaggio 1.

Il regolatore 57 controlla anche l’apertura e chiusura successive di valvole 46 dei dispositivi di prelevamento 45, al fine di prendere dei campioni successivi di ogni zona 43 e quindi regolare ogni dispositivo di dosaggio 1 in modo conseguente.

Sebbene la presente invenzione sia stata decritta in riferimento ad esempi di realizzazione specifici, è evidente che possono essere apportate diverse modifiche e variazioni a questi esempi senza uscire dall’ambito generale dell’invenzione come definita dalle rivendicazioni. Per esempio, il dispositivo di dosaggio potrà essere utilizzato per altre miscele gassose come una miscela di gas comburente-gas combustibile. Il secondo dosatore potrà essere montato scorrevole, ed il primo fisso, in modo che sia il secondo ad essere spostato dall’attuatore per il reciproco avvicinamento e/o allontanamento. Il forno potrà anche essere un forno ad una sola zona di trattamento, ma per esempio con riferimento di composizione atmosferica variabile. Di conseguenza la descrizione ed i disegni devono essere considerati in un senso illustrativo piuttosto che limitativo.

Claims (21)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo (1,1’) per il dosaggio di una miscela di almeno due gas, come, per esempio, gas comburente e un gas combustibile, comprendente: - un primo dosatore (23) comprendente una parte convergente (24) e che sbocca in un’uscita (26), questo primo dosatore (23) comunicando a monte di detta parte convergente (24) con una prima condotta di adduzione (2) di uno di detti gas; - un secondo dosatore (35) a valle del primo dosatore (23), sostanzialmente coassiale rispetto a questo e comprendente almeno una parte convergente di entrata (36) ed una parte divergente di uscita (38), uno fra detto primo o secondo dosatore (23, 35) essendo montato scorrevole rispetto all’altro, l’uscita (26) del primo dosatore (23) potendo quindi essere introdotta nell’entrata (36) del secondo (35); - una camera (34), in cui sbocca una seconda condotta di adduzione (3) per un altro di detti gas, in comunicazione con l’uscita (26) del primo dosatore (23) e l’entrata (36) del secondo; e - un attuatore (5,5’) comprendente: un motore (8,8’) con un albero di uscita (9) rotante, e una trasmissione fra detto albero rotante (9) e il dosatore scorrevole per convertire un movimento di rotazione dell’albero (9) in un movimento di spostamento assiale del dosatore scorrevole; detto dispositivo di dosaggio (1,1’) essendo caratterizzato dal fatto che detta trasmissione è autobloccante.
2. 2. Dispositivo di dosaggio (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detta trasmissione comprende un ingranaggio demoltiplicatore (10) a ruota e vite senza fine accoppiato a detto albero rotante (9), e un meccanismo di conversione (11) accoppiato a detto ingranaggio demoltiplicatore (10) per convertire il movimento rotante demoltiplicato in movimento assiale.
3. 3. Dispositivo di dosaggio (1) secondo la rivendicazione 2, in cui il meccanismo di conversione (11) è a vite e dado.
4. 4. Dispositivo di dosaggio (1) secondo la rivendicazione 3, il cui detto meccanismo (11) a vite e dado comprende una vite (12) non coassiale ma sostanzialmente parallela ai dosatori montati all’esterno del dispositivo (1).
5. 5. Dispositivo di dosaggio (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 3 o 4, in cui detto meccanismo (11) a vite e dado comprende un dado (13) almeno parzialmente in materiale sintetico.
6. 6. Dispositivo di dosaggio (1’) secondo la rivendicazione 1, in cui detta trasmissione è del tipo con vite a sfere.
7. 7. Dispositivo di dosaggio (1, 1’) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente almeno una fessura assiale (29, 31) in una parete del dispositivo di dosaggio, attraversata da un perno (28, 30) connesso al dosatore scorrevole.
8. 8. Dispositivo di dosaggio (1, 1’) secondo la rivendicazione 7, in cui detto perno (28, 30) è connesso alla trasmissione per attuare il movimento di spostamento assiale del dosatore montato scorrevole.
9. 9. Dispositivo di dosaggio (1,1’) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 7 o 8, comprendente inoltre sensori di posizione di detto perno (28,30), come per esempio sensori (7) di fine corsa.
10. 10. Forno (42) comprendente almeno una zona (43) di trattamento termico, un analizzatore (56) di composizioni atmosferiche di detta almeno una zona (43), almeno un bruciatore (44) per zona (43), almeno un dispositivo di dosaggio (1, 1’) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti per l’alimentazione con gas combustibile e gas comburente dell’almeno un bruciatore (44) di ogni zona (43), ed un regolatore elettronico (57) connesso a detto analizzatore (56) e all’attuatore (5) di detto dispositivo di dosaggio (1, 1’) per mantenere in ogni zona (43) una composizione atmosferica corrispondente sostanzialmente ad un riferimento (61).
11. 11. Forno (42) secondo la rivendicazione precedente, in cui detto regolatore elettronico (57) è un regolatore PID.
12. 12. Forno (42) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 10 o 11, comprendente una pluralità di dette zone (43) in reciproca comunicazione.
13. 13. Forno (42) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 10 a 12, in cui detto analizzatore (56) comprende almeno sensori di ossigeno e di monossido di carbonio.
14. 14. Forno (42) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 10 a 13, in cui detto analizzatore (56) è in comunicazione con un dispositivo di prelevamento (45) per zona (43).
15. 15. Forno (42) secondo la rivendicazione 14, comprendente anche una pompa di estrazione (47), e in cui ogni dispositivo di prelevamento (45) comprende una valvola (46) a tre vie, di cui una prima via è in comunicazione con la zona (43) corrispondente, una seconda via con detta pompa di estrazione (47), ed una terza via con detto analizzatore (56).
16. 16. Forno (42) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 14 o 15, comprendente inoltre, fra detto almeno un dispositivo di prelevamento (45) e detto analizzatore (56), un raffreddatore (50) munito di una pompa automatica (51) di scarico di condensati, e preferibilmente a valle di detto raffreddatore (50), un sensore di umidità (52).
17. 17. Forno (42) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 13 a 15, comprendente inoltre, fra detto almeno un dispositivo di prelevamento (45) e detto analizzatore (56), una pompa (53), preferibilmente connessa ad un flussometro (55) per garantire una portata costante e/o provvista di una valvola di sicurezza (54).
18. 18. Forno (42) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 10 a 16 comprendente inoltre un dispositivo (49) di adduzione di un gas di calibratura verso l’analizzatore (56).
19. 19. Forno (42) di austenizzazione o di ricottura di fili metallici a fuoco nudo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 10 a 18.
20. 20. Forno (42) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 10 a 18, adatto al trattamento di vetro fra un forno di fusione ed uno stampo.
21. 21. Forno (42) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 10 a 18, adatto al trattamento di metalli non ferrosi o reattivi.