ITMI972164A1

ITMI972164A1 - Valvola miscelatrice termostatica

Info

Publication number: ITMI972164A1
Authority: IT
Inventors: Francesco Caleffi
Original assignee: Macrifin Spa
Priority date: 1997-09-24
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 1999-03-24
Also published as: IT1295061B1; GB2329691B; GB9820276D0; GB2329691A

Description

DESCRIZIONE PER BREVETTO DI INVENZIONE

Avente per titolo

VALVOLA MISCELATRICE TERMOSTATICA

CAMPO DELL'INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce ad una valvola miscelatrice termostatica per acqua sanitaria, normalmente impiegata per miscelare l'acqua calda proveniente da un serbatoio di accumulo o da una centrale di produzione, ad esempio da una caldaia o da un boiler, con l'acqua fredda proveniente dalla normale rete idrica di distribuzione, per alimentare acqua miscelata, ad una temperatura prefissata, verso un unico utilizzatore o verso punti di erogazione.

In particolare l'invenzione è diretta ad una valvola miscelatrice termostatica, secondo il preambolo della rivendicazione 1.

STATO DELL'ARTE

Valvole miscelatrici termostatiche del genere sopra citato sono note ad esempio da WO 90/06465 e da EP-A-0 767 332.

I miscelatori del genere sopra citato in generale comprendono un attuatore termostatico regolabile, che provvede a mantenere costante ad un valore pre-impostato la temperatura dell'acqua miscelata, indipendentemente dalle variazioni di temperatura dell'acqua calda e/o dell'acqua fredda provvedendo altresì ad interrompere completamente il flusso di acqua calda, nel caso in cui venga a mancare l'acqua fredda,dalla rete idrica, ovvero nel caso in cui si verifichino condizioni anomale di funzionamento della stessa valvola miscelatrice.

Valvole miscelatrici di questo genere sono vantaggiosamente impiegate in impianti per la distribuzione di acqua calda sanitaria ad una o più utenze, e devono intervenire istantaneamente per controllare la temperatura dell'acqua miscelata, mantenendola al di sotto di un valóre di sicurezza. Norme sempre più restrittive richiedono tuttavia interventi estremamente rapidi con tempi valutabili dell'ordine di qualche secondo o inferiori, onde evitare che, in mancanza dell'acqua fredda, una persona disabile o con scarse capacità motorie possa venire improvvisamente a contatto con acqua calda a temperatura elevata.

In generale, valvole termostatiche di questo genere non solo devono mantenere regolata la'temperatura dell'acqua miscelata entro un campo di temperature molto ristretto, ovvero chiudere automaticamente, in modo rapido, il flusso dell'acqua calda al mancare dell'acqua fredda, ma devono altresì fornire una tenuta efficiente facendo in modo che il trafilamento di acqua sia estremamente limitato e non superi ad esempio i 0,25 litri nei primi 30 secondi.

Inoltre si richiede che variazioni di pressione e/o di portata dell'acqua calda e dell'acqua fredda non causino sostanziali variazioni nelle condizioni dell'acqua miscelata, la cui temperatura deve essere mantenuta costante entro un ristretto campo di valori.

SCOPI DELL'INVENZIONE

Pertanto, scopo generale dell'invenzione è di fornire una valvola miscelatrice termostatica del genere citato, che sia dotata di una elevata rapidità di chiusura dell'entrata dell'acqua calda, e di una elevata sensibilità alle variazioni di temperatura dell'acqua miscelata .

Un ulteriore scopo della presente invenzione è di fornire una valvola miscelatrice termostatica come sopra riferito, che sia in grado di controllare la temperatura dell'acqua miscelata entro uno,stretto intervallo di valori, sia al variare delle pressioni che delle portate dell'acqua fredda e dell'acqua calda da miscelare.

Al fine di conseguire questi risultati si è operato in varie direzioni, sia migliorando le condizion Ti di scambio termico tra l'acqua miscelata e l 'attuatore termostatico di comando, sia riducendo la corsa dell'otturatore a valori molto bassi, sia prevedendo una particolare suddivisione del flusso di acqua all'uscita della camera di miscelazione tali da compensare automaticamente eventuali variazioni di portata e di pressione dell'acqua calda e/o dell'acqua fredda in entrata alla valvola miscelatrice.

In generale, secondo la presente invenzione, si è quindi fornito una valvola miscelatrice termostatica del tipo comprendente:

- un corpo cavo avente un'entrata per l'acqua calda ed un'entrata per l'acqua fredda che si aprono lateralmente in posizioni assialmente distanziate verso una camera di miscelazione;

- un otturatore anulare assialmente scorrevole in una gabbia di guida interna a detta camera di miscelazione, tra una posizione arretrata contro una prima sede di tenuta in cui chiude l'entrata dell'acqua calda, ed una posizione avanzata contro una seconda sede di tenuta in cui chiude l'entrata dell'acqua fredda rispetto ad un'uscita dell'acqua miscelata; nonché comprendente:

- un attuatore termostatico e mezzi elastici di contrasto, detto attuatore termostatico avendo un bulbo termosensibile che si prolunga in un percorso dell'acqua miscelata ed essendo collegato a detto otturatore per muoverlo verso l'una o verso l'altra delle sedi di tenuta per mantenere costante la temperatura dell'acqua miscelata al variare delle condizioni dell'acqua fredda e dell'acqua calda in ingresso, rispettivamente per chiudere l'entrata dell'acqua calda quando viene a mancare il flusso di acqua fredda all'entrata della valvola miscelatrice, caratterizzata:

- dal fatto che il bulbo termosensibile dell'attuatore è circondato da un cannotto di convogliamento dell'acqua miscelata definente un percorso tubolare che si estende coassialmente al bulbo dell'attuatore a partire dalla camera di miscelazione verso l'uscita dell'acqua miscelata;

- dal fatto che detto cannotto di convogliamento è mobile con l'elemento termostatico e con l'otturatore; e - dal fatto di comprendere una serie di passaggi radiali atti a suddividere il flusso d'acqua miscelata in una pluralità di flussi separati tra la camera di miscelazione ed il detto percorso tubolare definito dal cannotto di convogliamento.

Secondo una forma di realizzazione preferenziale, i passaggi radiali per il flusso di acqua miscelata sono previsti ad una estremità del cannotto di convogliamento, in corrispondenza della sede di tenuta per l'acqua calda e sono sostanzialmente costituiti da una pluralità di sporgenze angolarmente distanziate, orientate verso la camera di miscelazione.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Queste ed ulteriori caratteristiche e vantaggi della valvola miscelatrice termostatica secondo l'invenzione, risulteranno maggiormente dalla descrizione che segue con riferimento ai disegni allegati, in cui:

Fig. 1 è una sezione longitudinale della valvola miscelatrice;

Fig. 2 è una vista prospettica del cannotto di convogliamento del flusso di acqua miscelata;

Fig. 3 è una sezione trasversale secondo la linea 3-3 di figura 1.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE

Come mostrato nelle varie figure, la valvola miscelatrice termostatica secondo l'invenzione sostanzialmente comprende un corpo metallico 10 provvisto di un'entrata 11 per l'acqua fredda e di un'entrata 12 per l'acqua calda, che si aprono lateralmente in posizioni assialmente distanziate verso una camera di miscelazione 13, all'interno della quale è situata una gabbia 14 in cui scorre e viene guidato un otturatore anulare 15; l'otturatore 15 è a sua volta collegato ad un attuatore termostatico, ad esempio del tipo a cera, complessivamente indicato con 16, avente un bulbo termosensibile 18 che si sviluppa coassialmente ad un'uscita 17 per l'acqua miscelata.

L'attuatore termostatico 16, in modo di per sé nono, presenta inoltre uno stelo scorrevole 19 il quale appoggia contro un pistone 20 contrastato da una molla di extracorsa 21 posta all'interno di una vite cava 22 avvitabile in un tappo cavo 23 che chiude superiormente il corpo 10 della valvola. La vite 22 può essere azionata per variare la spinta esercitata da una molla di contrasto 28 per variare la temperatura di intervento dello stesso attuatore e di conseguenza la temperatura dell'acqua miscelata.

Con 24 in figura 1 è stato inoltre indicato un coperchio di protezione, rimovibile, provvisto esternamente di una sede esagonale 25 mediante la quale è possibile impegnare l'estremità esagonale della vite di regolazione 22, mediante lo stesso coperchio di protezione.

L'otturatore 15 è dunque mobile tra una posizione arretrata, contro una sede di tenuta 26 in cui chiude l'entrata 12 dell'acqua calda, ed una posizione avanzata contro una guarnizione 27 in cui chiude l'entrata 11 dell'acqua fredda. A questo proposito, lo spostamento verso il basso dell'otturatore 15, o verso la sede 26, causato dall'allungamento assiale dell'attuatore termostatico 16, è contrastato dalla molla 28 che appoggia inferiormente contro uno spallamento anulare interno ad un cannotto di supporto 29, mentre l'altra estremità della molla 28 appoggia contro una flangia anulare 30 formata ad una estremità di un cannotto 31 di convogliamento del flusso d'acqua miscelata; come mostrato in figura 1, il cannotto 31 circonda e si prolunga assialmente lungo il bulbo termosensibile 18 dell'attuatore termostatico per definire un percorso tubolare 32 di convogliamento del flusso d'acqua miscelato, dalla camera di miscelazione 13 verso l'uscita 17.

Sempre dalla figura 1 si nota 'che la sede superiore 27 di tenuta per l'otturatore è costituita da una guarnizione anulare in materiale plastico che viene bloccata in posizione tra l'anello superiore 14' della gabbia 14 di scorrimento dell'otturatore, ed una corrispondente sede nel tappo di chiusura 23.

Diversamente, la sede di tenuta 26 relativa all'entrata 12 per l'acqua calda, è costituta da una guarnizione in gomma che viene bloccata tra l'anello inferiore 14" della gabbia 14 di scorrimento dell'otturatore, una flangia 29' del cannotto 29 di supporto della molla dì contrasto 28, ed uno spallamento anulare interno allo stesso corpo 10 della valvola. Pertanto la guarnizione 26 risulta interamente circondata da superfici di supporto che ne impediscono la sua deformazione, lasciando libera unicamente una fascia anulare contro cui chiude a tenuta il bordo inferiore dell'otturatore 15.

L'uso di una sede di tenuta 27 in materiale plastico per l'entrata 11 dell'acqua fredda congiuntamente all'uso di materiale plastico per lo stesso otturatore 15, contribuisce a migliorare la tenuta in quanto impedisce la formazione ed il deposito di calcare. Diversamente, l'uso di una guarnizione in gomma per la sede di tenuta 26 in corrispondenza dell'entrata per l'acqua calda, consente una perfetta tenuta ermetica evitando qualsiasi trafilamento. Lo stesso fatto di racchiudere la guarnizione in gomma 26 circondandola quasi interamente con superfici di supporto, ad eccezione della fascia di tenuta per l'otturatore, evita che la stessa guarnizione possa deformarsi concorrendo in questo modo a migliorare le condizioni di tenuta.

Al fine di ottenere una elevata velocità di chiusura dell'entrata 12 dell'acqua calda, rispetto a valvole termostatiche di tipo noto, la corsa dell'otturatore 15 risulta estremamente breve, ad esempio compresa tra 0,5 e 0,8 mm in modo da ottenere tempi di intervento estremamente veloci dell'ordine di qualche secondo o inferiori, a seconda della temperatura dell'acqua controllata dal sensore.

Al .fine di aumentare la sensibilità dell'attuatore termostatico, il suo bulbo 18-presenta preferibilmente una forma cilindrica molto allungata,,avente un rapporto di snellezza tra il diametro e la lunghezza pari o superiore a 3.

Infine per aumentare la sensibilità della valvola alle variazioni di pressione e/o di portata dell'acqua fredda e dell'acqua calda, la camera di miscelazione 13, più precisamente la parte di .detta camera che risulta interna all'otturatore 15, comunica con il percorso tubolare 32 di convogliamento del flusso di acqua miscelata, tra 'il cannotto 31 ed il'bulbo termosensibile 18, mediante una serie di passaggi radiali ad esempio formati da sporgenze 3l' angolarmente distanziate ad una estrèmità -del cannotto 31, in modo che il flusso d'acqua miscelata proveniente dalla camera 13 venga inizialmente suddiviso in una pluralità di flussi separati che successivamente si riuniscono nel cannotto 31 per formare un flusso tubolare-di acqua miscelata che percorre il cannotto 31 verso l'uscita 17.

La forma del.cannotto è mostrata nella vista di figura 2; come si nota il cannotto comprende la parte tubolare inferiore e la flangia superiore 30 le cui sporgenze rettangolari 30' fanno assumere all'intero cannotto la forma di una torre "merlata".

Da prove svolte si è constatato che una buona compensazione alle 'variazioni dì pressione e/o di portata dell'acqua e dell'acqua fredda si hanno quando la sezione totale dei passaggi radiali tra le sporgenze 30' è sostanzialmente pari, ovvero di poco superiore o inferiore, ad esempio del 10-15%, alla sezione anulare di passaggio del flusso d'acqua miscelata, esistente tra il cannotto 31 ed il bulbo 18 del sensore termostatico.

Le prove sono state svolte sulla base di norme esistenti, che prevedono una.temperatura di 15°C dell'acqua fredda, una temperatura di 57°C dell'acqua calda ed una· temperatura di 41°C dell'acqua miscelata, con tempi di reazione dell'elemento termostatico di qualche decimo di secondo, ad esempio di 0,25 secondi in presenza di picchi di temperatura pari o superiore a 10°C, ovvero con tempi di intervento che non devono superare qualche secondo, ad esempio 2,5 secondi, per differenza di -temperature .inferiori a quella precedentemente indicata, rispetto alla temperatura teorica di 41°C dell'acqua miscelata'.

Tutte le prove hanno dato esito positivo in quanto i parametri rilevati rientravano largamente in quelli previsti dalle norme richiamate. Ad esempio si è riscontrato un tempo di 0,5 secondi per chiudere l'acqua cal‘da, con trafilamento praticamente nullo.

Durante le prove si è constatato che differenze di pochi gradi rilevate dal sensore termostatico, causavano l'immediata chiusura dell'entrata dell'acqua calda, garantendo una perfetta ermeticità di tenuta.

Il funzionamento della valvola termostatica risulta essere brevemente il seguente: si supponga che la valvola sia stata inizialmente tarata per un valore prefissato della temperatura dell'acqua miscelata, agendo con il coperchio 24 sulla vite di regolazione 22.

La condizione di equilibrio dell'otturatore è mostrata in figura 1 dove si nota che il flusso di acqua fredda all'entrata 11 entra nella parte superiore dell'otturatore 15, passa attraverso i fori del setto intermedio, e si miscela nella parte inferiore dell'acqua calda proveniente dall'entrata 12. L'acqua parzialmente miscelata viene quindi suddivisa in una pluralità di flussi radiali che penetrano nel percorso tubolare definito dal cannotto 31 e dal bulbo termosensibile 18 lambendone l'intera superficie, quindi fluisce verso 1 'uscita 17.

Fintanto che la temperatura dell'acqua miscelata, sentita dal bulbo 18, risulta pari al valore di taratura della valvola, l'otturatore 15 rimane fermo nella posizione mostrata in figura 1.'Non appena si verifica una variazione di temperatura dell'acqua fredda, o dell'acqua calda, ovvero una variazione di portata o di pressione alle due entrate 11 e 12, e conseguentemente una variazione della temperatura dell'acqua miscelata, il sistema reagisce immediatamente spostando l'otturatore 15 verso l'una o l'altra delle due sedi di tenuta in modo da riportare la temperatura in uscita dell'acqua miscelata, al valore desiderato. -Qualora si verifichi una forte riduzione della portata dell'acqua fredda, o una sua totale interruzione, l'attuatore termostatico sentirà,la temperatura della sola acqua calda, reagendo immediatamente in un tempo estremamente ridotto, per spostare l'otturatore 15 in chiusura'contro la guarnizione in gomma 26. Data la corsa breve dell'otturatore 15 e la particolare disposizione dell'attuatore termostatico di comando, il cui bulbo termosensibile 18 risulta posizionato in prossimità dell'entràta dell'acqua calda 12, il tempo di reazione e.di chiusura della valvola risulterà dunque estremamente breve, impedendo in questo modo l'erogazione di un flusso di acqua a temperatura elevata; inoltre la particolare forma "merlata" del cannotto 31 di convogliamento dell'acqua miscelata, assicurerà una.omogenea suddivisione dei flussi verso il percorso tubolare 32, nonché una elevata sensibilità alle variazioni di portata e di pressione. Si consegue in questo modo una valvola termostatica altamente efficace, mantenendo nel contempo una struttura estremamente semplice della valvola stessa.

Si intende comunque che quanto è stato detto e mostrato nei disegni allegati è stato dato a titolo puramente esemplificativo di una forma di realizzazione preferenziale, e che altre modifiche e varianti possono essere apportate senza allontanarsi al principio rivendicato.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Valvola miscelatrice termostatica del tipo comprendente: - un corpo cavo avente un'entrata per l'acqua calda ed un'entrata per l'acqua fredda che si aprono lateralmente in posizioni assialmente distanziate verso una camera di miscelazione; - un otturatore anulare assialmente scorrevole in una gabbia di guida interna a detta camera di miscelazione, tra una posizione arretrata contro una prima sede di tenuta in cui chiude l'entrata dell'acqua calda, ed una posizione avanzata contro una seconda sede di tenuta in cui chiude l'entrata dell'acqua fredda rispetto ad un'uscita dell'acqua miscelata; nonché comprendente: - un attuatore-termostatico e mezzi elastici di contrasto, detto attuatore termostatico avendo un bulbo termosensibile che si prolunga in un percorso dell'acqua miscelata ed essendo collegato a detto otturatore per muoverlo verso l'una o verso l'altra delle sedi di tenuta per mantenere costante la temperatura dell'acqua miscelata al variare delle condizioni dell'acqua fredda e dell'acqua calda in ingresso, rispettivamente per chiudere l'entrata dell'acqua calda quando viene a mancare il flusso di acqua fredda all'entrata della valvola miscelatrice, caratterizzata: - dal fatto che il bulbo termosensibile dell'attuatore è circondato da un cannotto di convogliamento dell'acqua miscelata definente un percorso tubolare che si estende coassialmente al bulbo dell ' attuatore a partire dalla camera di miscelazione verso l'uscita dell'acqua miscelata; - dal fatto che detto cannotto di convogliamento è mobile con l'elemento termostatico e con l'otturatore; e - dal fatto di comprendere una serie di passaggi radiali atti a suddividere il flusso d'acqua miscelata in una pluralità di flussi separati tra la camera di miscelazione ed il detto percorso tubolare definito dal cannotto di convogliamento.
2. Valvola miscelatrice secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i passaggi radiali di suddivisione del flusso di acqua miscelata sono in prossimità della sede di tenuta per l'acqua calda.
3. Valvola miscelatrice secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti passaggi radiali sono definiti da sporgenze angolarmente distanziate, previste ad una estremità del cannotto di convogliamento del flusso di acqua miscelata e rivolte verso la camera di miscelazione.
4. Valvola miscelatrice secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, caratterizzata dal fatto che la sezione totale dei passaggi radiali per i flussi di acqua è compresa tra ± 10% della sezione anulare del passaggio per il flusso d'acqua miscelata tra il cannotto di convogliamento ed il bulbo sensibile dell'attuatore termostatico.
5. Valvola miscelatrice secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la sede di tenuta per l'acqua fredda è costituita da una guarnizione in materiale plastico, e dal fatto che la sede di tenuta per l'acqua calda è costituita da una guarnizione in gomma.
6. Valvola miscelatrice secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detta guarnizione in gomma è sostanzialmente circondata da superfici periferiche di sostegno.
7. Valvola miscelatrice secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che dette superfici di sostegno della guarnizione in gomma, sono definite da superfici piane della gabbia di scorrimento dell'otturatore, del corpo valvola e rispettivamente di un cannotto di supporto della molla di contrasto dell'attuatore termostatico di comando.
8. Valvola miscelatrice secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la corsa totale dell'otturatore è compresa tra 0,5 e 0,8 mm.
9. Valvola miscelatrice secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il bulbo sensibile deil'attuatore termostatico presenta una forma cilindrica avente un grado di snellezza pari o superiore a 3.
10. Valvola termostatica secondo la rivendicazione 1,'caratterizzata dal fatto di comprendere un primo cannotto di convogliamento del flusso d'acqua miscelata che si estende coassialmente al bulbo dell'attuatore termostatico, detto cannotto di convogliamento presentando una flangia anulare provvista con sporgenze assiali definenti detti passaggi radiali per il flusso d'acqua miscelata; nonché comprende un secondo cannotto esterno al precedente, provvisto di una sede anulare interna per l'appoggio di una molla di contrasto dell'elemento termostatico di comando, e dal fatto che detta molla di contrasto è interposta tra lo spallamento interno del cannotto di supporto e la flangia anulare del cannotto di convogliamento del flusso d'acqua miscelato, per spingere le sporgenze assiali del cannotto di convogliamento costantemente contro il corpo dell'attuatore.