ITPD980036A1 - Valvola di regolazione di portata per fluidi in particolare frigorifer i, servoazionata con un motore elettrico - Google Patents

Description

"VALVOLA DI REGOLAZIONE DI PORTATA PER FLUIDI IN PARTICOLARE FRIGORIFERI, SERVOAZIONATA CON UN MOTORE ELETTRICO"

DESCRIZIONE

Il presente trovato ha per oggetto una valvola di regolazione di portata per fluidi, in particolare frigoriferi, servoazionata con un motore elettrico.

Oggigiorno sono comunemente impiegate valvole di espansione in circuiti frigoriferi a compressione.

In particolare sono impiegate valvole a due vie per controllare il flusso refrigerante per mezzo di un orifizio e di un otturatore azionato preferibilmente con motorizzazione elettrica.

Tali valvole, ad espansione termostatica, hanno come scopo il controllo del flusso di refrigerante in circolazione.

In particolare esse vengono azionate dalla componente motrice su comando di un sensore sensibile al surriscaldamento in uscita dall'evaporatore del fluido refrigerante stesso, rispetto alla temperatura satura di evaporazione che garantisce la completa trasformazione del refrigerante allo stato gassoso prima di essere aspirato dal compressore.

Oggigiorno delle summenzionate valvole sono disponibili sul mercato due fondamentali tipologie.

Una prima tipologia prevede un corpo valvola con connessione di ingresso e di uscita dotata di un azionamento per l'otturatore costituito da un diaframma accoppiato ad una molla di contrasto elastico.

Il diaframma viene azionato a sua volta dal fluido in pressione immesso, tramite derivazioni, in un polmone in cui è contenuto il diaframma stesso.

Per cause di tipo meramente costruttivo l'escursione del diaframma in tali valvole autoazionate è generalmente assai modesta e quindi l'azione di regolazione deve essere ottenuta con una corsa dell'otturatore altrettanto contenuta.

Da ciò ne deriva il fatto che, se si tiene conto delle isteresi meccaniche tipiche della costruzione, risulta difficile per tali valvole la modulazione fine e graduale della laminazione del fluido frigorifero particolarmente nel caso di basse portate o con valori molto modesti di surriscaldamento (che danno luogo a segnali di pilotaggio di ampiezza modesta).

Infatti in tali condizioni i movimenti anche piccoli dell'otturatore inducono forti perturbazioni nel sistema che tende quindi a funzionare instabilmente con il noto fenomeno detto di "hunting" ovvero di oscillazione.

Al fine di eliminare questi inconvenienti sono state realizzate delle valvole rientranti in una seconda tipologia, le quali prevedono un azionamento costituito da un motore elettrico preferibilmente del tipo passo-passo.

In tali valvole per l'appunto l’azionamento motore impone un moto rotatorio all'otturatore il quale si trova in accoppiamento vite-madrevite con il primo.

Tuttavia tali valvole pur risolvendo i problemi relativi alla regolazione fine, non sono esse stesse prive di inconvenienti.

In particolare un primo inconveniente è da evidenziare nella loro notevole complicazione costruttiva, con conseguenti elevati costi, dovuta alle difficoltà di inserimento dell'intero motore in un involucro ermetico, per altro necessario al fine di evitare la fuoriuscita di fluido frigorifero nell'atmosfera.

Una variante realizzativa di questa seconda tipologia prevede che ad essere incapsulata sia solamente la componente rotorica del motore elettrico e vi sia un accoppiamento vite-madrevite tra il corpo valvola e lo stelo otturatore.

Anche in questo caso tuttavia si manifestano due notevoli inconvenienti.

Il primo di tali inconvenienti è dovuto al fatto che durante l'azione di regolazione il rotore del motore passopasso trasla rispetto allo statore la cui posizione è fissa, ciò andando a discapito delle prestazioni del motore stesso, specie nelle posizioni di fine corsa.

Un secondo inconveniente è da individuare nel fatto che in chiusura l'otturatore si impegna sulla sede dell'orifizio da occludere o da aprire con un moto rotatorio che tende ad usurare i materiali interessati.

Inoltre si aggiunga che per ottenere un'azione di regolazione fine il filetto della vite ha una bassa inclinazione e a fine corsa tale moto rotatorio può addirittura portare al bloccaggio dell'otturatore sui bordi dell’orifizio.

Compito principale del presente trovato è quello di realizzare una valvola di espansione per fluidi frigoriferi servoazionata con motore elettrico la quale porti a soluzione gli inconvenienti sopra lamentati delle valvole note, in particolare conseguendo una regolazione fine del grado di otturazione senza peraltro che si inneschino pericoli di lesioni o usura dei bordi relativi all'orifizio da occludere.

In relazione al compito principale un altro importante scopo del presente trovato è quello di realizzare una valvola in cui il motore lavori sempre al massimo della sua efficienza.

Ancora uno scopo del presente trovato è quello di realizzare una valvola costruttivamente semplice da produrre con conseguente abbassamento dei costi di realizzazione.

Ancora uno scopo del presente trovato è quello di realizzare una valvola particolarmente flessibile in termini applicativi ed eventualmente adattabile anche ad impianti frigoriferi già posti in opera.

Ulteriore scopo del presente trovato è quello di realizzare una valvola la quale assicuri nel modo più assoluto la tenuta stagna verso l'esterno per i fluidi frigoriferi in essa transitanti.

Non ultimo scopo del presente trovato è quello di realizzare una valvola producibile con tecnologie e mezzi noti.

Il compito principale e gli scopi preposti ed altri scopi ancora che più chiaramente appariranno in seguito vengono raggiunti da una valvola di espansione per fluidi frigoriferi servoazionata con un motore elettrico, del tipo comprendente un corpo valvola con luci di immissione, di emissione e un otturatore, ed una sezione motrice per l'azionamento e la regolazione dell'otturatore, detta valvola presentando la componente rotorica di detto motore supportata girevolmente entro una capsula a tenuta stagna fissa al detto corpo valvola e caratterizzandosi per il fatto che la componente rotorica, fissata assialmente, è accoppiata in accoppiamento vite-madrevite con una parte di detto otturatore, quest'ultimo essendo vincolato a detto corpo valvola a compiere unicamente traslazioni assiali.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di sei sue forme realizzative e di relative varianti, tutte illustrate a titolo indicativo, ma non per questo limitativo della loro portata nelle allegate tavole di disegni e figure in cui:

- La fig 1 illustra schematicamente in proiezione ortogonale sezionata una valvola secondo il trovato in una sua prima forma realizzativa;

- La fig. 2 illustra in proiezione ortogonale sezionata una valvola secondo il trovato in una sua seconda forma realizzativa;

- La fig. 3 illustra in esploso la valvola di fig. 2; - La fig. 4 illustra in proiezione ortogonale sezionata parte di una valvola secondo il trovato, in una sua terza forma realizzativa;

- La fig. 5 illustra in proiezione ortogonale sezionata parte di una valvola secondo il trovato in una sua quarta forma realizzativa;

La fig. 6 illustra in proiezione parzialmente sezionata parte di una valvola secondo il trovato, in una sua quinta forma realizzativa;

La fig. 7 illustra in proiezione ortogonale parzialmente sezionata, una valvola secondo il trovato in una sua sesta forma realizzativa;

- La fig. 8 illustra in esploso la valvola di fig. 7; - La fig 8a illusta un perfezionamento della valvola di fig. 8;

- La fig. 9 illustra in proiezione ortogonale e parzialmente sezionata una valvola secondo il trovato in una sua settima forma realizzativa;

- La fig. 10 illustra in esploso la valvola di fig. 9; - Le figg. da 11 a 14 illustrano in sezione le varianti realizzative di uno stesso particolare di una valvola, secondo il trovato:

- Le figg. 15 e 16 illustrano in assonometria ed in esploso ancora un'altra variante realizzativa del trovato;

- Le figg· da 18 a 21 illustrano in proiezione ortogonale sezionata ancora un'altra variante realizzativa del trovato;

- Le figg. 22 e 23 illustrano una stessa ed ulteriore variante realizzativa del trovato.

Con particolare riferimento alla fig. 1, una valvola di espansione per fluidi frigoriferi, secondo il trovato, viene complessivamente indicata con il numero 10.

La valvola 10 è servoazionata da un motore elettrico nel complesso numerato con 11 dotato di una componente statorica 12 e di una componente rotorica 13.

In particolare il motore elettrico 11, in questo caso, è del tipo passo-passo.

La valvola 10 comprende un corpo valvola 14 con luci di immissione ed emissione, rispettivamente 15 e 16, nonché lo stelo di un otturatore 17 azionato dal motore elettrico 11.

La componente rotorica del motore 11 è supportata girevolmente, in questo caso mediante un cuscinetto a sfere 18 (o dispositivo equivalente) che la vincola assialmente, entro una capsula cilindrica 19 a tenuta stagna, fissata, ad esempio per saldatura o mediante altri equivalenti metodi, al corpo valvola 14.

In particolare la componente rotorica 13 è accoppiata in accoppiamento vite-madrevite, per interposizione di un elemento di trasmissione 20, in questo caso sostanzialmente tubolare, con il codolo 21 filettato dello stelo dell'otturatore 17 il quale è anche dotato di una sezione antirotazione 22, in questo caso prismatica, in accoppiamento con un controsagomato foro 23 ricavato nel corpo valvolare 14 ed atto a costringere lo stelo dell'otturatore 17 stesso unicamente secondo una movimentazione assiale quando è azionato dal motore elettrico 11.

In questa forma realizzativa lo stelo dell’otturatore 17 è opportunamente dotato di una estremità di otturazione 24 sagomata conica, ma in altri casi può avere sagome diverse (ad esempio ad ogiva) per realizzare corrispondenti leggi di variazione della sezione otturata in funzione della posizione assiale dello stelo dell'otturatore 17 stesso.

La componente rotorica 13 inoltre presenta il diametro massimo compatibile con la capienza della capsula 19 per minimizzare il traferro.

Con particolare riferimento alle figg. 2 e 3, una valvola secondo il trovato in una sua seconda forma realizzativa viene complessivamente indicata con il numero 100.

La valvola 100 non differisce nella sostanza rispetto alla valvola 10 alla quale si rimanda per una descrizione dei vari componenti costitutivi.

Tuttavia nella valvola 100 la capsula di tenuta, qui numerata con 101, è dotata di un coperchio 102 sagomato a definire, in corrispondenza della superficie interna una sede 103 per il cuscinetto 104 vincolato all’elemento di trasmissione 106 per accoppiamento in una scanalatura anulare 105, ricavata nell’elemento di trasmissione qui 106.

Lo stelo dell'otturatore della valvola 100, qui 107, è dotato in questo caso anche di una sezione calibrata 108, anch'essa in accoppiamento con una relativa porzione del foro, qui 109, atta a garantire la coassialità di movimentazione.

Inoltre sia la luce di immissione 110 che la luce di emissione 111 sono accoppiate con relativi spezzoni di tubo 112 saldati.

Con particolare riferimento alla fig. 4, una valvola secondo il trovato in una sua terza forma realizzativa viene complessivamente indicata con il numero 200.

La valvola 200 non differisce rispetto alla valvola 100 se non per il fatto che in questo caso è presente un coperchio 201, di chiusura della capsula 202, dotato di una ribordatura esterna 203 disponibile a definire un lembo 204 di saldatura alla camicia 205 della capsula 202 stessa.

Con particolare riferimento alla fig. 5, una valvola secondo il trovato in una sua quarta forma realizzativa viene complessivamente indicata con il numero 300.

La valvola 300 non differisce sostanzialmente dalla valvola 10, alla quale si rimanda per la descrizione dei vari particolari costruttivi, se non per il fatto che la capsula, qui numerata con 301, è sagomata, mediante restringimento della sezione, a definire in corrispondenza della sua estremità esterna una sede 302 di alloggiamento per un cuscinetto di supporto qui numerato con 303.

Con particolare riferimento ora alla fig. 6, una valvola, secondo il trovato, in una sua quinta forma realizzativa viene complessivamente indicata con il numero La valvola 400 non differisce sostanzialmente dalla valvola 100 e dalle altre forme descritte se non per il fatto di essere dotata di una bussola 401 di supporto esterno al cuscinetto, qui 402, la quale è posta fra la componente rotorica 403 del motore elettrico 404 ed il corpo 405

La valvola 400 è anche dotata di un coperchio di chiusura 406 per la capsula, qui 407, sagomato a definire una guida interna cilindrica 408 per l'estremità del codolo filettato 409 dell'otturatore 410.

Con particolare riferimento ora alle figg. 7 e 8, una valvola secondo il trovato in una sua sesta forma realizzativa viene complessivamente indicata con il numero 500

La valvola 500 non differisce sostanzialmente da quella precedentemente descritta, se non per il fatto di presentare al posto della bussola, una ghiera 501 filettata di collegamento tra il corpo valvola 502 e la capsula 503, rendendola così smontabile.

In particolare la ghiera 501 è alloggiata e collegata in parte in una sede filettata 504 ricavata nel corpo valvola 502 la quale alloggia anche mezzi di tenuta che in questo caso si concretizzano in un anello in elastomero 505.

La ghiera 501 è anche dotata di un foro 506 sagomato in accoppiamento con la sezione antirotazione dello stelo dell'otturatore, qui 507, numerata con 508.

La fig. 8a, evidenzia la possibilità che la sede di tenuta sia realizzata con un elemento riportato e sostituibile 509.

La contemporanea sostituzione dell'elemento 509 e dello stelo dell'otturatore 507, consente di variare le caratteristiche di regolazione della valvola anche quando è già installata oltre a consentire sostituzioni per manutenzione ed in caso d'usura.

Con particolare riferimento alle figure 9 e 10, una valvola secondo il trovato in una sua settima forma realizzativa viene complessivamente indicata con il numero 600

La valvola 600 è dotata in questo caso di un corpo valvola 601 con luci di immissione ed emissione, rispettivamente 602 e 603, coassiali.

Il corpo valvola 602 si collega inoltre con una capsula 604 per il contenimento della componente rotorica 605 mediante una bussola 606 attraversata da uno stelo 607.

Per quanto riguarda la descrizione della componentistica di azionamento dello stelo 607 si rimanda a quanto precedentemente descritto.

In corrispondenza dell'estremità. lo stelo 607 è accoppiato ad un pistone 608, avente la duplice funzione di otturatore e di pistone di equalizzazione la cui faccia superiore (rispetto al disegno) si trova alla medesima pressione della zona di otturazione.

Questo è ottenuto con un foro 609 passante nel pistone 608 che si continua in un foro assiale 610, presente nello stelo 607, con aperture 611, sfocianti nella camera 612.

La tenuta del pistone 608 rispetto alla camera 612, è ottenuta con una guarnizione 613.

Questa conformazione consente di pilotare con un motore di piccola potenza, valvole di rilevante sezione.

Con particolare riferimento alle figg. da 11 a 14, si illustra la possibilità di realizzare i mezzi di antirotazione dello stelo dell'otturatore secondo varie tipologie di sezioni da scegliersi in relazione alle funzionalità desiderate ed alle esigenze di produzione specifiche.

Con particolare riferimento alle figg. 15 e 16 si illustra in una variante realizzativa dello stelo dell'otturatore, qui numerato nel complesso con 700 nella quale lo stelo dell'otturatorè 700 presenta un foro radiale 701 nel quale è inserito un piolo 702, parzialmente sporgente, con funzione di antirotazione, la cui parte sporgente è inserita in una corrispondente cavità o nicchia, non illustrata, ricavata nel corpo valvola o in uno qualsiasi degli elementi di collegamento e interposizione precedentemente descritti

Questa soluzione costruttiva permette di semplificare enormemente la realizzazione dello stelo dell'otturatore che è in questo caso di forma cilindrica ed a sezione costante.

Con particolare riferimento alle figg. da 18 a 21 viene illustrata una ulteriore variante realizzativa che prevede in corrispondenza dell'estremità di otturazione 900 dell'otturatore, qui 901, la suddivisione di quest'ultima in due sezioni una prima di regolazione, numerata con 902 ed una seconda distanziale 903 atta a rendere possibile la separazione della parte di otturatore 902 destinata alla regolazione, da quella distanziale 903 destinata alla chiusura dell'orifizio di immissione mediante una guarnizione 904.

Con questa conformazione si garantisce la perfetta tenuta in chiusura della valvola, mediante due fasi funzionali.

La prima, di regolazione, è ottenuta mediante posizionamento dell'otturatore 902 nell'ambito dell'orifizio 905 e la seconda, di chiusura, nell'avanzamento forzato della guarnizione 904 contro il bordo dell'orifizio 905.

Con particolare riferimento alle figg. 22 e 23 è illustrata ancora una ulteriore variante realizzativa in cui è previsto l'inserimento di un elemento elastico di controspinta e collegamento, costituito in questo caso da una molla elicoidale 1000 posta tra la componente rotorica qui 1001 ed il cuscinetto di supporto qui 1002 per lo scarico di eventuali sovrappressioni dovute a colpi d'ariete nell'impianto .

La fig. 22 mostra, in particolare la situazione di normale chiusura, mentre la fig. 23 illustra il sollevamento dell'otturatore 1003 e la conseguente compressione della molla 1000 a causa di una sovrapressione, visualizzata dalla freccia 1004.

In pratica si è constatato come il presente trovato abbia portato a soluzione il compito e gli scopi ad esso preposti.

In particolare è da osservare come il movimento unicamente assiale dell'otturatore faccia si che non vi sia nessuna usura o bloccaggio dello stesso in corrispondenza dei bordi di occlusione della luce di immissione in cui esegue la regolazione del flusso del fluido refrigerante.

Inoltre è da osservare come la posizione assiale della componente rotorica rimanga invariata rispetto alla componente statorica di modo che il motore elettrico nel suo complesso funziona sempre al massimo della sua efficienza e delle sue possibilità.

Ancora è da osservare la semplicità realizzativa della struttura della valvola secondo il trovato, la quale consente costi di produzione contenuti ma al contempo garantisce una estrema validità funzionale complessiva Ε' da rilevare ulteriormente la flessibilità applicativa della valvola secondo il trovato, la quale può essere anche vantaggiosamente accoppiata ad accessori che ne impediscano il danneggiamento in caso di sovrappressioni improvvise.

Il presente trovato è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo.

I dettagli costruttivi possono essere realizzati e sostituiti con altri particolari tecnicamente equivalenti.

I materiali nonché le dimensioni possono essere qualsiasi a seconda delle esigenze.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1) "Valvola di regolazione di portata per fluidi in particolare frigoriferi, servoazionata con un motore elettrico, del tipo comprendente un corpo valvola con luci di immissione, di emissione e un otturatore, ed una sezione motrice per l'azionamento e la regolazione dell'otturatore, detta valvola presentando la componente rotorica di detto motore supportata girevolmente entro una capsula a tenuta stagna fissa al detto corpo valvola e caratterizzandosi per il fatto che la componente rotorica, fissata assialmente, è accoppiata in accoppiamento vite-madrevite con una parte di detto otturatore, quest'ultimo essendo vincolato a detto corpo valvola a compiere unicamente traslazioni assiali.
2. 2) Valvola come alla rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta componente rotorica di detto motore è supportata girevolmente mediante cuscinetti che la vincolano assialmente entro detta capsula a tenuta stagna.
3. 3) Valvola come alla rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta componente rotorica è accoppiata con detto otturatore per interposizione di un elemento di trasmissione.
4. 4) Valvola come alla rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto otturatore è costituito da uno stelo con codolo filettato, porzione mediana antirotazione ed una estremità di otturazione sagomata.
5. 5) Valvola come alla rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che detta estremità di otturazione è sagomata ad ogiva.
6. 6) Valvola come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che lo stelo di detto otturatore comprende una sezione calibrata di allineamento inserita in assemblaggio in una porzione del foro di scorrimento del detto stelo dell'otturatore stesso.
7. 7) Valvola come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta porzione antirotazione di detto stelo è prismatica.
8. 8) Valvola come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta capsula è dotata di un coperchio sagomato a definire la parte esterna di una sede per il cuscinetto di supporto la quale è completata internamente da una scanalatura anulare ricavata in detto elemento di trasmissione.
9. 9) Valvola come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto coperchio può essere dotato di una ribordatura esterna disposta a definire un lembo di saldatura alla camicia di detta capsula.
10. 10) Valvola come alla rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta capsula è realizzata in un unico pezzo.
11. 11) Valvola come alle rivendicazioni 1 e 2, caratterizzata dal fatto che detta capsula presenta una estremità esterna sagomata a definire un'alloggiamento per detto cuscinetto.
12. 12) Valvola come alla rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere una bussola di supporto esterno al detto cuscinetto posta tra detta componente rotorica e detto corpo valvola.
13. 13) Valvola come alle rivendicazioni 1 e 3, caratterizzata dal fatto che detto coperchio è sagomato a definire una guida interna e cilindrica per l'estremità di detto codolo filettato di detto otturatore.
14. 14) Valvola come alla rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere una ghiera filettata di collegamento tra detto corpo valvola e detta capsula atta a consentirne lo smontaggio 15) Valvola come alla rivendicazione 14 caratterizzata dal fatto che entro detta capsula è alloggiato il complesso rotorico. 16) Valvola come alla rivendicazione 14, caratterizzata dal fatto che detta ghiera è alloggiata e accoppiata entro una sede filettata ricavata in detto corpo valvola. 17) Valvola come alla rivendicazione 15, caratterizzata dal fatto che in detta sede sono anche alloggiati mezzi di tenuta costituiti da almeno un anello in elastomero. 18) Valvola come alla rivendicazione 14, caratterizzata dal fatto che detto complesso rotorico comprende un organo facente la funzione di supporto del cuscinetto e di dispositivo antirotazione dello stelo. 19) Valvola come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che in detto corpo valvola in corrispondenza della luce di immissione è alloggiato un elemento forato. 20) Valvola come ad una o più delle rivendicazioni pre cedenti, caratterizzata dal fatto che l'estremità di ottura zione di detto otturatore presenta una sezione di regolazione e, separatamente, un mezzo di tenuta di una porzione passiva distanziale. 21) Valvola come alla rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto otturatore è accoppiato ad un pistone di equalizzazione costituito da un corpo traslante entro una camera cilindrica, detto corpo presentando una porzione ad ogiva di regolazione ed essendo associato allo stelo dell’otturatore, essendo previsto un foro assiale che attraversa sia detto corpo traslante che una parte consecutiva dello stelo e che sfocia nella detta camera cilindrica, venendo cosi equalizzata la pressione sulle due estremità opposte di detto corpo traslante. 22) Valvola come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che in una versione semplificata allo stelo di detto otturatore è associato ad un piolo sporgente, atto a realizzare il dispositivo antirotazione, accoppiato con una relativa scanalatura ricavata in detto corpo valvola o in un elemento di interposizione con questo, così lo stelo dell'otturatore può essere cilindrico e a sezione costante. 23) Valvola come una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che fra il rotore ed il cuscinetto è interposto un elemento elastico, ad esempio una molla, atta a consentire all'otturatore di traslare assialmente, allontanandosi dall'orifizio quando è in posizione di chiusura, nel caso di sovrapressioni e/o di colpi d'ariete. 24) Valvola di regolazione di portata per fluidi in particolare frigoriferi, servoazionata con motore elettrico, come ad una o più delle rivendicazioni precedenti che si caratterizza per quanto descritto ed illustrato nelle allegate tavole di disegni e figure.