ITTO20001182A1

ITTO20001182A1 - Valvola idraulica controllata elettricamente, in particolare per caldaie con produzione di acqua calda.

Info

Publication number: ITTO20001182A1
Application number: IT2000TO001182A
Authority: IT
Inventors: Ruggero Marchetti
Original assignee: Merloni Termosanitari Spa
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2002-06-20
Also published as: AU2002223969A1; IT1321117B1; ITTO20001182A0; WO2002050460A1

Description

Descrizione dell’ invenzione industriale dal titolo:

"VALVOLA IDRAULICA CONTROLLATA ELETTRICAMENTE, IN PARTICOLARE PER CALDAIE CON PRODUZIONE DI ACQUA CALDA"

RIASSUNTO

Viene descritta una valvola controllala elettricamente, in particolare per caldaie con produzione di acqua calda, del tipo comprendente:

un corpo (2,3), dotato di almeno un ingresso (4,5) ed un’uscita (6), almeno una via di passaggio (V1,V2) essendo definita tra detto ingresso (4,5) e detta uscita (6), un organo otturatore (9), suscettibile di movimento tra una posizione di apertura ed una posizione di chiusura di detta via di passaggio (V1,V2),

mezzi attuatori (SMA1,SMA2), per realizzare la movimentazione di detto organo otturatore (9) tramite un cinematismo di attuazione (8,10,1 1,12),

ove detti mezzi attuatori (SMA1,SMA2) comprendono un primo elemento, di configurazione allungata e/o sottile, realizzato in lega a memoria di forma (SMAI). Secondo l'invenzione, detti mezzi attuatori (SMAI,SMA2), comprendono almeno un secondo elemento, di configurazione allungata e/o sottile, realizzato in lega a memoria di l'orma (SMA2), collegato meccanicamente in serie a detto primo elemento (SMAI).

DESCRIZIONE

l.a presente invenzione di riferisce ad una valvola idraulica controllata elettricamente, in particolare per caldaie con produzione di acqua calda.

Come è noto, le valvole del tipo citato basano il loro funzionamento su di un otturatore, movimentato tramite un altuatore elettrico, quale un motore o un solenoide.

Valvole di tal tipo, in genere a due o a tre vie, trovano ampia applicazione nell'impiantistica idraulica e nelle caldaie. Ad esempio alcuni tipi di caldaie da riscaldamento domestico che provvedono anche alla produzione istantanea di acqua calda sanitaria (cioè senza serbatoio di accumulo, come nei boiler), si avvalgono allo scopo di una valvola a tre vie; la realizzazione ed il funzionamento di tali caldaie e impianti sono ben noti, per cui ne è qui sufficiente una breve descrizione.

In tali caldaie, ogni volta che ve ne è richiesta, una valvola a tre vie provvede a deviare, in lutto o in parte, l’acqua del circuito primario di riscaldamento verso un apposito scambiatore, preposto al riscaldamento dell’acqua sanitaria; in tal modo, quindi, il circuito di riscaldamento domestico è nel frattempo escluso, in tutto o in parte.

Cessata la richiesta di acqua calda sanitaria, la valvola a tre vie ritorna alla posizione originale, di modo che l'acqua ritorni normalmente a circolare nel solo impianto di riscaldamento domestico.

In linea di principio, la valvola a tre vie che effettua il dirottamento del flusso verso lo scambiatore di acqua sanitaria o verso il circuito di riscaldamento domestico può essere indifferentemente del tipo a due ingressi ed una uscita oppure del tipo a due uscite ed un ingresso; nel primo caso, tale valvola viene disposta a valle di uno scambiatore acqua sanitaria, mentre nel secondo caso viene posta a monte di tale scambiatore. Le valvole a due ingressi ed una uscita sono generalmente preferite, poiché danno luogo a minori perdile di carico.

A seconda del tipo di azionamento dell’otturatore, le valvole a tre vie possono poi essere distinte in:

valvole miscelatrici, ove l’otturatore è suscettibile di assumere una pluralità di posizioni intermedie tra due fine corsa; in tal caso l’azionamento dell’otturatore avviene tramite un motorino elettrico; in particolare un motorino passo-passo; valvole deviatrici, ossia con funzionamento ON-OFF, ove l’otturatore della valvola è suscettibile di assumere due sole posizioni alternative di fine corsa e può semplicemente essere azionato da un solenoide.

Le valvole de! tipo citato presentano una serie di inconvenienti di natura pratica e funzionale, principalmente dovuti al tipo di organo attuatole utilizzato per realizzare la movimentazione dell’otturatore.

Un primo inconveniente è dato dal fatto che i motorini elettrici impiegati nelle valvole note presentano un certo ingombro, il che determina elevate dimensioni complessive della valvola; altro problema è poi dato dal costo del motorino elettrico e della relativa circuiteria di controllo, il che determina dei costi complessivi della valvola che sarebbe auspicabile poter ridurre.

Dal punto di vista funzionale, i motorini elettrici, tradizionali o passo-passo impiegati nelle valvole di tipo noto, possono presentare problemi di affidabilità nel tempo e sono caratterizzali da una certa rumorosità di funzionamento.

Problema sostanziale è poi dato dal fatto che i tempi di risposta o intervento delle valvole dolale di motorini sono relativamente lunghi.

Considerazioni sostanzialmente simili alle precedenti possono essere effettuate anche in relazione a valvole a due sole vie, controllate tramite solenoide o motorino.

Sono Lincilo nolo della valvole a due vie, dotate di un otturatore mobile linearmente, azionato a mezzo di un filo realizzato in lega a memoria di forma, o SMA ( Shcipe Memory AUoy).

Gli altuatori in lega a memoria di forma sono in sé ben noti e non richiedono come tali una descrizione dettagliata in questa sede; qui basti precisare, molto schematicamente, che per la realizzazione di tali attuatori, il materiale che li costituisce viene deformato plasticamente durante opportuni trattamenti termici; il risultato è che, ad esempio, un Ilio SMA assume due lunghezze diverse a seconda che sia mantenuto al di sotto o al di sopra di determinate temperature, conservando nel tempo tale caratteristica.

A temperatura ambiente, un filo SMA presenta una struttura cristallina martensitica, cui corrisponde un determinato volume, e quindi una determinata lunghezza; a temperature superiori (ad esempio 50-100°C), lo stesso filo SMA viene ad assumere una struttura cristallina austenitica, di volume, e quindi di lunghezza, minore al precedente.

Ad esempio, da US-A-4, 973,024 c nota una valvola a due vie dotala di un otturatore mobile linearmente sotto l’azione di un filo SMA, in contrasto all’azione di una molla. In questo caso, le due estremità del filo SMA sono vincolate rispettivamente al corpo valvola e al l'otturatore, ove la molla provvede, da un lato, a mantenere in tensione il filo e dall’altro a mantenere l’otturatore in chiusura di una via di passaggio di un fluido. Il riscaldamento del filo SMA, ottenuto per via elettrica, determina la diminuzione di lunghezza del medesimo, e quindi una trazione sull’otturatore, in contrasto all’azione della molla; l’otturatore può quindi passare in una posizione di apertura della via di passaggio del fluido.

Un altro esempio di valvola a due vie azionala per mezzo di un filo SMA è noto da US-A-5, 345,963, che descrive una valvola regolatrice di pressione, dotata di un otturatore mobile linearmente sotto Fazione di un filo SMA, in contrasto all’azione di una molla. In una prima forma realizzativa, il filo SMA è vincolato alle proprie estremità al corpo valvola, in modo tale che sulla sua zona mediana poggi l’estremità di uno stelo, alla cui altra estremità c solidale un organo otturatore; in questo caso, una molla provvede a spingere il citato stelo verso l’alto, sul filo SMA.

Il riscaldamento del filo SMA, ottenuto per via elettrica, determina la diminuzione di lunghezza del medesimo, e quindi una spinta verso il basso dello stelo, tale da vincere la reazione della molla; in questo modo, l’otturatore può passare da una prima ad una seconda posizione operativa.

In una seconda l'orma realizzativa descritta, l’otturatore risulta invece agganciato alla zona mediana del filo SMA, che è anche in questo caso vincolato alte sue due estremità al corpo valvola; in altri termini, quindi, il filo SMA sostiene l’otturatore, che è spinto da una molla verso il basso. Il riscaldamento del filo SMA, ottenuto per via elettrica, determina la diminuzione di lunghezza del medesimo, e quindi una trazione verso l’alto dell'otturatore, tale da vincere la reazione della molla, con il conscguente passaggio deH’olluralorc stesso da una prima ad una seconda posizione operativa.

Le soluzioni note da US-A-5,345,%3 e US-A-4, 973,024 possono, in linea di principio, consentire di limitare gli inconvenienti sopra menzionati con riferimento alle valvole a tramite motorini o solenoidi, soprattutto per quanto riguarda i costi complessivi della valvola, la sua silenziosilà di funzionamento ed i tempi di risposta.

Tuttavia, le soluzioni citate presentano ancora l'inconveniente di comportare un certo ingombro complessivo del dispositivo.

Ciò è dovuto al fatto che, nelle soluzioni note citate, la corsa che può essere impartita all'otturatore è, in sostanza, funzione diretta della lunghezza del Ilio SMA; ciò significa che, al fine di generare una corsa sufficiente per l'otturatore, il filo SMA deve presentare un notevole sviluppo in lunghezza. Ciò determina ovviamente un elevato ingombro complessivo per la valvola.

Alla luce delle precedenti considerazioni, la presente invenzione si propone di indicare una valvola idraulica, controllata elettricamente, di realizzazione migliorata rispetto all'arte nota, ed in particolare una valvola del tipo citato che sia di dimensioni e costi contenuti, di struttura semplice, di elevata affidabilità nel tempo, di funzionamento silenzioso e di intervento rapido.

Questi ed altri scopi, che risulteranno più chiari in seguito, vengono raggiunti secondo la presente invenzione da una valvola idraulica controllata elettricamente incorporante le caratteristiche delle rivendicazioni allegate, che si intendono parte integrante della descrizione che segue.

Ulteriori scopi, caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue e dai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio esplicativo e non limitativo, nei quali:

- la log. I rappresenta schematicamente in sezione una valvola realizzala in accordo ai dettami della presente invenzione, in una prima condizione operativa;

- la l’ig. 2 rappresenta schematicamente in sezione una valvola realizzata in accordo ai dettami della presente invenzione, in una seconda condizione operativa;

- la l'ig. 3 rappresenta schematicamente un esempio di applicazione della valvola secondo l’invenzione, ossia in abbinamento ad una caldaia per il riscaldamento di acqua.

Nelle Figg. 1 c 2, con 1 viene indicata nel suo complesso la valvola oggetto della presente invenzione.

Nel caso esemplificato, la valvola 1 è del tipo a tre vie e prevista per l’impiego in abbinamento ad una caldaia per il riscaldamento di acqua.

La valvola I comprende un corpo formato da un primo elemento tubolare, indicato con 2, ed in seguilo identificalo anche come cannotto, ed un secondo elemento tubolare 3, in cui sono definiti un primo ed un secondo ingresso, indicati con 4 c 5, ed un’uscita, indicata con 6.

Gli elementi 2 e 3, che sono ad esempio realizzati in materiale metallico o termoplastico, sono accoppiati a tenuta, inserendo il primo almeno parzialmente nel secondo; a tale scopo, il cannotto 2 c dotato di una sede per un idoneo elemento di tenuta 7, ad esempio in forma di o-ring.

Con 8 viene indicato un alberino, ad esempio realizzato in acciaio inossidabile, presentante due porzioni aventi dimensioni di sezione differenti; come si nota, la porzione di dimensioni inferiori risulta infilata in un foro passante, definito all’estremità inferiore del cannotto 2; in corrispondenza di tale foro sono previste una o più guarnizioni 8A, idonee a garantire la tenuta idraulica assiale suI'alberino 8.

All’estremità dell’alberino 8 che sporge internamente all’elemento 3 è reso solidale un otturatore 9, di concezione sostanzialmente nota; l'otturatore 9 è dotato di idonei mezzi di tenuta 9A e 9B, ad esempio in forma di guarnizioni o-ring, destinati ad operare alternativamente su una prima via di passaggio dell’acqua, indicata con VI in Fig. 1, ed una seconda via di passaggio, indicata in Fig. 2 con V2.

I.e sedi per gli anelli di tenuta 9A c 9B sono preferibilmente dotate di un rilievo anulare lungo le due linee di contatto, allo scopo di ridurre la forza di schiacciamento di tali anelli e migliorare la tenuta idraulica.

La porzione di dimensioni maggiori dell’alberino 8 risulta praticamente sempre alloggiala all’ interno del cannotto 2, ed alla sua estremità superiore c resa solidale una slitta, indicata nella figure con 10.

Con 11 è indicato un elemento di trasmissione, in seguito identificato anche come carrello, avente una forma sostanzialmente tubolare; il carrello 11 risulta infilato, tramite il suo passaggio assiale, sulla porzione dell’alberino 8 che è alloggiata nel cannotto 2.

Con SMAI è indicato un primo filo in lega a memoria di forma, il quale risulta vincolalo, ad una sua estremità, alla zona superiore del carrello 1 1; la seconda estremità del filo SMAI è invece vincolata al cannotto 3, in una zona attigua a quella in cui è definito il passaggio assiale per l’alberino 8.

Con SMA2 è poi indicato un secondo filo in lega a memoria di forma, il quale risulta vincolato, ad una sua estremità, alla zona inferiore del carrello 1 1; la seconda estremità del filo SMA2 è invece vincolata alla slitta 10.

Come si nota, quindi, l’insieme dei due fili SMAI ed SMA2 e del carrello 11 è solidale, da un lato, al cannotto 2 e, dall’altro lato, al gruppo formato da slitta 10 ed alberino 8, ove il carrello 11 realizza di fatto un elemento di trasmissione, alla quale i due fili SMAI ed SMA2 sono collegati meccanicamente in serie, ovvero in modo tale che razionamento di uno abbia influenza anche sull’azionamento del secondo.

Il diametro dei fili SMAI ed SMA2 può essere di circa 0,5 mm, tale dimensione essendo comunque scelta opportunamente in funzione del tempo di attuazione richiesto e dei carichi in gioco. La lunghezza di ciascuno dei fili SMAI ed SMA2 può invece essere, nell'applicazione qui esemplificala, di 65 mm, cui corrisponde, per una corsa di 4,5 mm dell’otturatore 9, un allungamento del 3,5%.

Si noti che, ai fini del loro fissaggio, alle estremità dei fili SMAI ed SMA2 sono applicati dei nottolini di arresto in ottone, due dei quali indicati con 13, fermati per crimpatura; tale soluzione si dimostra estremamente vantaggiosa ai fini della produzione automatica, con una precisa lunghezza attiva, dei fili SMAI ed SMA2.

Con 12 viene indicata una molla a spirale, operante tra l’estremità inferiore del cannotto 2 e la slitta 10; la reazione elastica della molla 12, quindi, tende a spingere la slitta 10 e t'alberino 8 ad essa solidale verso l’alto; in tal modo, in condizioni normali, anche l'otturatore 9 risulta spinto verso l’alto, in modo che i suoi mezzi di tenuta 9A operino sulla via di passaggio V2 occludendola; l’azione elastica della molla 12 è inoltre tale da far sì che i fili SMAI ed SMA2 risultino in tensione.

Con Ι0A viene indicata un’appendice della slitta 10 che, tramite un idoneo passaggio definito nel cannotto 2, sporge all’esterno di quest’ultimo; con 14 viene indicato un microinterruttore, di tipo normalmente chiuso, fissato all’esterno del cannotto 2, in allineamento all’appendice 10A ed inferiormente a questa; nella forma dell’invenzione qui esemplificata, il microinterruttore 14 è posto lungo il circuito di alimentazione dei fili SMAI ed SMA2, per le finalità che saranno in seguito descritte.

La valvola 1 è inoltre dotata di mezzi per applicare una corrente elettrica ai fili SMAI ed SMA2, non rappresentati nelle figure per semplicità, e quindi riscaldare i medesimi per effetto Joule; il cannotto 2 presenta poi opportune feritoie o passaggi, indicati con 2A nelle ligure, onde consentire il successivo raffreddamento dei fili stessi, per ventilazione dell’aria ambiente.

Il funzionamento della valvola 1 secondo l’invenzione è il seguente.

A temperatura ambiente, e sotto l’effetto della molla 12, i fili SMA1 ed SMA2, in fase martensitica, sono stirali fino ad una battuta meccanica di arresto, realizzata di fatto dalla luce di passaggio V2, sulla quale i mezzi di tenuta 9A dell’otturatore 9 risultano premuti.

In tale condizione, come rappresentata in Fig. 1, la via V2, e quindi l’ingresso 5 della valvola 1, risulta occlusa, ed il fluido soggetto a controllo può quindi transitare dall'ingresso 4 all’uscita 6, tramite la via VI .

La commutazione della valvola 1 viene realizzala applicando della corrente elettrica ai fili SMAI ed SMA2; questi ultimi, riscaldandosi per effetto Joule, raggiungono la temperatura di trasformazione in austenite, così da accorciarsi alla lunghezza originale. In tal modo, da un lato, la contrazione in lunghezza del filo SMAI provvede a tirare verso il basso il carrello 11, e quindi il complesso slitta 10 - alberino 8, connesso al carrello stesso tramite il filo SMA2; dall’alto lato, la concomitante contrazione in lunghezza del filo SMA2, provvede a determinare un’ulteriore trazione verso il basso del complesso slitta 10 - alberino 8, con la conseguente movimentazione dell’otturatore 9; in altre parole, quindi, il filo SMA2 sovrappone il proprio effetto a quello del filo SMAI, in modo tale che il movimento dell’otturatore 9 determinato dall’azione del filo SMAI risulti amplificato, in virtù dell’azione del filo SMA2.

Naturalmente, l’accorciamento di lunghezza dei fili SMAI ed SMA2 è tale da vincere i carichi della molla 12, dello schiacciamento dei mezzi di tenuta 9B e della pressione idraulica.

I.a valvola passa quindi nella condizione operativa illustrata in Fig. 2, ove la via VI, e quindi l'ingresso 4 della valvola 1 , risulta occlusa; il fluido soggetto a controllo può quindi transitare dall’ingresso 5 all’uscita 6, tramite la via V2.

Il mantenimento della posizione di Fig. 2 viene realizzato attraverso l’intervento del microinterruttore 14 che è inserito in serie sul circuito di alimentazione dei fili SMAI ed SMA2.

In particolare, io spostamento verso il basso della slitta 10, ottenuto come sopra descritto, determina un corrispondente abbassamento dell’appendice IOA, che aziona un tastatore del microinterruttore 14, provocando la commutazione di quest’ultimo in posizione di apertura.

l'ale apertura del circuito di alimentazione dei fili SMAI ed SMA2 determina così l' interruzione del passaggio di corrente, con il conseguente parziale e progressivo raffreddamento dei fili, che tenderebbe a riportare la valvola nella condizione di Fig. 1. Infatti, all'alto dell’apertura del microinterrutlore 14, i fili SMAI ed SMA2 iniziano a raffreddarsi, in virtù della circolazione d’aria ollenula attraverso i passaggi 2Λ del cannotto 2; i fili stessi tendono quindi a ritornare alla condizione martensitica, e quindi ad allungarsi, con il conseguente ritorno della slitta IO verso la posizione di Fig. 1 . In tal modo, tuttavia, l'appendice 10A si solleva dal tastatore del mi ero interruttore 14, il quale si richiude, determinando di nuovo l’alimentazione elettrica ed il riscaldamento dei fili SMAI ed SMA2.

Tale processo prosegue sino a che la valvola 1 deve essere mantenuta nelle condizione di Fig. 2, dopodiché l’alimentazione ai fili SMAI ed SMA2 viene interrotta a monte de! microinterruttore 14; in tal modo, la valvola 1 ritorna alla condizione di Fig. 1, in virtù del raffreddamento, e quindi dell’allungamento, dei fili SMAI ed SMA2, e dell’azione della molla 12.

Si noli clic il processo testé descritto di alimentazione “ciclata” dei fili SMAI ed SMA2 è perfettamente compatibile con l’applicazione qui descritta, in quanto l’incertezza di posizione dovuta a tale tipo di controllo viene di fatto completamente assorbita dallo schiacciamento dei mezzi di tenuta 90.

Nella forma preferita dell’invenzione, i fili SMAI ed SMA2 vengono alimentati in corrente, mantenendo un valore tra i 2 ed i 2,5 A; come evidenziato in precedenza, il controllo della posizione, e quindi della corrente durante l’attuazione, viene regolato tramite il microinterruttore 14, che a posizione raggiunta apre e chiude in alternanza il circuito, controllando l’alimentazione.

Si noli peraltro che il microinterrullore 14 non deve essere considerato come assolutamente necessario ai fini dell’implementazione dell’invenzione; il suo impiego risulta tuttavia vantaggioso, da un lato per evitare un consumo di corrente inutile, e dall'altro per determinare un fine corsa preciso, evitando eccessive sollecitazioni sull'otturatore 9.

F.ssendo il carico elettrico costituito dai fili SMAI ed SMA2 puramente resistivo, ad esempio di valore pari a circa 1 Ω, e volendo pilotare la valvola 1 con un valore di tensione continua, a quest’ultima potranno essere fomiti costantemente 2 ÷ 2,5 V; questo è un semplice modo per pilotare una valvola deviatrice, ossia con funzionamento ON-OFF; riguardo a tale esempio di realizzazione, si segnala inoltre che i fili SMAI ed SMA2 potrebbero essere di lunghezze diverse tra loro, ed alimentabili separatamente, ottenendo così, come sarà in seguito chiarito, una valvola parzializzatrice.

Si noti peraltro che il riscaldamento dei fili SMAI ed SMA2, indotto per effetto Joule, potrebbe essere ottenuto anche variando la corrente erogata.

In tal caso la valvola 1 potrebbe essere dotata di un sensore, di tipo in sé noto (ad esempio di tipo Reed, o ad effetto Hall, eccetera) della posizione di uno dei componenti mobili (alberino 8, otturatore 9, slitta 10, carrello 1 1), e di un opportuno circuito, pure in sé nolo, di modulazione della corrente erogata, al fine di consentire di mantenere l'otturatore in una posizione prefissata qualsiasi.

Malgrado il piccolo intervallo di temperature entro cui avviene la transizione dei fili MSAl ed MSA2 da struttura martensitica ad austcnitica, i sensori di posizione ed i regolatori di corrente di tipo noto sono sufficientemente sensibili per mantenere l' otturatore in qualsiasi posizione intermedia, con oscillazioni di soli alcuni centesimi di millimetro, modulando continuamente la corrente erogata e quindi la temperatura dei fili.

Come si evince, in accordo a tale forma realizzativa, la valvola 1 secondo l’invenzione sarebbe di tipo miscelatore, con modulazione continua della posizione dell’otturatore. In più, l’organo sensore in funzione del cui segnale è pilotala la posizione dell’olturatore, potrebbe essere qualsiasi sensore esterno, quale ad esempio, in una valvola a due ingressi ed una uscita, un sensore della temperatura miscelata in uscita, ottenendo cosi, secondo principi noti, una valvola miscelatrice termostatica. A tal fine è solo sufficiente assicurare che i fili SMAI e SMA2 si possano raffreddare, ogni volta die se ne desidera l’allungamento, con velocità comparabile a quella con cui si riscaldano, e si accorciano, quando in essi circola corrente elettrica.

In Fig. 3 viene illustrato in maniera schematica e puramente esemplificativa una forma di impiego della valvola 1 in precedenza descritta.

In tale figura, con 21 viene indicata nel suo complesso una caldaia, la quale è dotata di un primo dispositivo di riscaldamento 22, di realizzazione in sé nota, denominato comunemente “scambiatore fumi”; lo scambiatore fumi 22 è previsto per riscaldare l’acqua presente in un circuito di riscaldamento, indicato con 23 e rappresentato in figura con linea tratteggiata, tramite il quale vengono alimentati i vari radiatori presenti dell'ambiente domestico, due dei quali indicati con 24.

Con 25 viene indicata una pompa, prevista per mantenere in circolo, nell’impianto 23, l’acqua riscaldata dallo scambiatore fumi 22.

Con 26 è indicato un secondo scambiatore di calore, qui denominato “scambiatore acqua sanitaria", utilizzato per realizzare, a seguito di una richiesta in tal senso, il riscaldamento dell’acqua presente in un impianto sanitario dell’acqua, indicato in figura con 27 e rappresentato in tratto più marcato.

La caldaia 21 è dotata di una valvola 1, realizzata secondo la forma realizzativa delle Figg. 1 e 2, , il cui ingresso 4 è collegato al ramo dell’impianto di riscaldamento 23 proveniente dai radiatori 24; l’ingresso 5 è collegato all’uscita dello scambiatore acqua sanitaria 26, mentre l’uscita 6 è collegata a! ramo di aspirazione della pompa 25 o, più in generale, al ramo del'impianto di riscaldamento 23 che si trova a monte dello scambiatore fumi 26.

In condizioni normali, ossia in assenza di una richiesta di acqua calda sanitaria, la valvola I consente la circolazione dell’acqua unicamente nel circuito di riscaldamento 23, che alimenta i radiatori 24; in tale situazione, la valvola 1 si trova nella condizione di Fig. I , ossia con l’ingresso 5 occluso dall'otturatore 9 e quindi; l’acqua non può circolare nello scambiatore 26, stante la chiusura dell’ingresso 5 della valvola 1.

Nel caso in cui l'utente richieda invece dell'acqua calda sanitaria, la valvola 1 passa, nei modi sopra descritti, nella posizione di Fig. 2.

La commutazione della valvola 1 viene comanda, in modo noto, a seguito dell’apertura di un rubinetto dell’acqua calda sanitaria 30, da parte dell’utente; a tale scopo, la caldaia 1 é provvista di un sensore di flusso o portala, indicalo con 28, idoneo a rilevare una richiesta di acqua calda da parte dell’impianto 27.

Quando il citalo sensore 28 rileva una richiesta di acqua calda da parte dell’impianto 27, la valvola passa, come detto, nella condizione di Fig. 2, occludendo l’ingresso 4 ed aprendo l’ingresso 5.

In tal modo, l’acqua calda presente nel circuito di riscaldamento 23, scaldata dallo scambiatore fumi 22, viene deviata nello scambiatore acqua sanitaria 26; in quest'ullimo, a seguito del'aperlura del rubinetto 30, entra anche dell’acqua fredda, proveniente dalla rete idrica domestica.

Pertanto, all’interno del dispositivo 26 viene realizzato, in modo noto, uno scambio termico, ove in particolare il calore dell’acqua proveniente dall’impianto 23 viene ceduto all’acqua sanitaria in ingresso dall'Impianto 27. In questo modo, l’acqua sanitaria 27 viene riscaldata all’interno dello scambiatore 26, così da raggiungere il rubinetto 30 alla temperatura necessaria.

Quando, in seguito, il rubinetto 30 viene richiuso, e quindi il transito di liquido nell'impianto 27 interrotto, il sensore 28 comanda una nuova commutazione della valvola I, che ritorna nella posizione originaria di Fig. 1, con le modalità sopra descritte; in tal modo, l’acqua ritorna a circolare nel circuito 23, per essere riscaldata dallo scambiatore fumi 22 ed essere inviata ai radiatori 24, anziché allo scambiatore acqua sanitaria 26.

Si noti che il tempo di attivazione della valvola I, ossia di passaggio dalla posizione di Fig. 1 a quella di Fig. 2, può essere nettamente inferiore al tempo di rilascio (ossia di ritorno della valvola alla condizione di Fig. 1) se il processo di raffreddamento naturale dei lili SMAI ed SMA2 è più lento del processo di riscaldamento per effetto Joule; tuttavia tali tempi sono perfettamente compatibili con riferimento all’applicazione descritta in Fig. 3. Ciò che conta, infatti, in tale applicazione, è che la commutazione della valvola 1 dalla posizione di Fig. 1 a quella di Fig. 2 avvenga nel più breve tempo possibile, a seguito della rilevazione di una richiesta di acqua calda da parte dell'impianto sanitario.

IV parimenti chiaro che la valvola 1 , nella forma di impiego esemplificata in Fig. 3, non deve necessariamente essere di tipo ON/OFF, ma potrebbe anche essere di tipo miscelatore, al fine di consentire il transito entro lo scambiatore acqua sanitaria 26, di una frazione del flusso di acqua che circola nell’impianto 23.

Dalla descrizione effettuala risultano chiare le caratteristiche della valvola oggetto della presente invenzione, le quali vengono inoltre riassunte nelle rivendicazioni allegate, che costituiscono parte integrante della presente descrizione.

Dalla descrizione effettuala risultano altresì chiari i vantaggi della valvola secondo l’invenzione, tra i quali va in particolare evidenziato il fatto che le dimensioni della stessa risultano contenute; ciò in virtù della disposizione di più fili SMA posti meccanicamente in serie tra loro, a mezzo del carrello 1 1 ossia, in altri termini, in virtù della previsione di mezzi (qui rappresentati dal filo SMA2) per amplificare la movimentazione dell’otturatore 9 prodotta dal filo SMAI , ove detti mezzi per amplificare sovrappongono la loro azione a quella del filo SMA1.

Altri vantaggi della valvola sono poi i suoi costi contenuti, la sua struttura semplice, la rapidità di intervento, il funzionamento silenzioso e l’elevata affidabilità nel tempo. E' chiaro che numerose varianti sono possibili all'uomo del ramo alla valvola descritta come esempio, senza per questo uscire dagli ambiti di novità insiti nell’idea inventiva, così come è chiaro che nella pratica attuazione del!’ invenzione i vari elementi descritti potranno essere di forma e materiali differenti, e sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti.

Nell'esempio di realizzazione in precedenza fornito, la valvola I è del tipo a tre vie; è tuttavia chiaro che l’idea alla base della presente invenzione è perfettamente applicabile anche ai fini della realizzazione di valvole a due sole vie; in tale ottica, e considerando che l'otturatore può essere controllato, come sopra descritto, per ottenere una o più posizioni di lavoro intermedie tra due fine corsa, l’invenzione può essere applicata anche ai fini della realizzazione di valvole parzializzatrici di un flusso di fluido.

La valvola secondo l’invenzione non deve poi necessariamente essere del tipo dotato di due ingressi ed un’uscita, potendo la medesima essere tranquillamente del tipo ad un ingresso e due uscite. Ad esempio, con riferimento all’esempio realizzativo di Fig. 3, una valvola I dotata di due uscite ed un ingresso potrebbe essere prevista per deviare direttamente l’acqua in uscita dallo scambiatore fumi 22 verso lo scambiatore acqua sanitaria 26; in tal caso, quindi, l’ingresso di tale valvola sarebbe collegato al ramo di uscita dello scambiatore 22, la prima uscita della valvola sarebbe connessa al ramo di ingresso dello scambiatore 26 e la seconda uscita della valvola sarebbe connessa al ramo del'impianto 23 che alimenta i radiatori 24.

In assenza di una richiesta di acqua calda sanitaria, la prima uscita sarebbe quindi occlusa dall’otturatore della valvola, prevenendo il transito dell’acqua dell’impianto di riscaldamento 23 nello scambiatore 26; nel caso, invece, di una richiesta di acqua calda a seguito dell’apertura del rubinetto 30, verrebbe occlusa la seconda uscita, onde deviare l'acqua dell’impianto 23 entro lo scambiatore 26.

In accordo ad una possibile variante, la valvola 1 può essere concepita in modo da consentire l’alimentazione o riscaldamento disgiunto dei fili SMAI ed SMA2, sicché alimentando uno solo di essi sarà possibile ottenere uno spostamento dell’otturatore 9 pari ad una frazione dello spostamento massimo ottenibile.

In tale ottica, i fili SMA potrebbero anche essere di lunghezze diverse tra loro, nel qual caso gli spostamenti ottenibili per l’otturatore saranno proporzionali alle rispettive lunghezze dei fili.

Per fare un esempio specifico, si supponga di avere due fili SMA, di cui il secondo di lunghezza doppia rispetto al primo. Scaldando solo il primo filo, lo spostamento del'otturatore sarà pari ad un terzo dello spostamento massimo ottenibile; scaldando solo il secondo filo, lo spostamento dell’otturatore sarà invece pari a due terzi dello spostamento massimo ottenibile; infine, scaldando entrambi i fili, lo spostamento del'otturatore sarà quello massimo ottenibile.

Ovviamente, anche il numero dei fili SMA da collegare in serie potrebbe essere maggiore di due, anche se ciò complica la realizzazione del cinematismo di attuazione della valvola; peraltro, si può anche pensare di riscaldare solo una parte di ciascun filo SMA, ad esempio prevedendo nel relativo circuito di alimentazione un conduttore elettrico di by-pass, fissato a metà del filo stesso.

In una ulteriore possibile variante, i fili SMAI ed SMA2 possono essere rivestiti da una guaina siliconica, onde agevolarne il raffreddamento; in tale ottica, la citata guaina potrebbe essere opportunamente sagomata per facilitare il raffreddamento dei fili (ad esempio potrebbe definire delle lamelle, a mo’ di dissipatore di calore).

La struttura dei passaggi di raffreddamento 2A potrebbe essere diversa da quella descritta a mo’ d’esempio, al fine di ridurre il tempo di raffreddamento dei fili SMAI e SMA2, e renderlo così comparabile ai tempi di riscaldamento. In tale ottica, si segnala clic la valvola 1 potrebbe vantaggiosamente essere posta in prossimità o corrispondenza delle aperture della caldaia 21, attraverso le quali quest’ultima preleva l’aria necessaria al suo funzionamento.

Eventualmente, il rapido raffreddamento dei fili SMA impiegati nella valvola secondo l'invenzione potrebbe anche essere ottenuto in modo forzato.

L'alberino 8 potrebbe essere collegato meccanicamente all’otturatore 9 tramite un elemento elastico, quale una molla, al fine di assorbire contrazioni eccessive rispetto allo spostamento massimo possibile dell’otturatore.

Ovviamente, infine, le due diverse tecniche di alimentazione dei fili SMA sopra citate (erogazione di corrente costate o erogazione di corrente variabile) potrebbero essere impiegate in combinazione, in funzione delle modalità di impiego della valvola.

La valvola 1 è stala descritta con specifico riferimento all’impiego di fili SMA; è tuttavia chiaro che i mezzi attuatori in lega a memoria di forma della valvola secondo l’invenzione potrebbero essere di foggia allungala e sottile diversa da quella esemplificata, ad esempio in forma di lamina o nastrino, fermi restando i principi dell’invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1 . Valvola controllata elettricamente, in particolare per caldaie con produzione di acqua calda, del tipo comprendente: un corpo (2,3), dotato di almeno un ingresso (4,5) ed un’uscita (6), almeno una via di passaggio (V1,V2) essendo definita tra detto ingresso (4,5) e detta uscita (6), un organo otturatore (9), suscettibile di movimento tra una posizione di apertura ed una posizione di chiusura di detta via di passaggio (V 1 ,V2), mezzi attuatori (SMAI ,SMA2), per realizzare la movimentazione di detto organo otturatore (9) tramite un cinematismo di attuazione (8,10,1 1,12), ove detti mezzi attuatori (SMA1,SMA2) comprendono un primo demento, di configurazione allungata e/o sottile, realizzato in lega a memoria di forma (SMAI), caratterizzata dal l'atto che delti mezzi attuatori (SMA1,SMA2), comprendono almeno un secondo elemento, di configurazione allungata e/o sottile, realizzato in lega a memoria di forma (SMA2), collegato meccanicamente in serie a detto primo elemento (SMAI).
2. Valvola, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto primo e/o secondo elemento (SMAI ,SMA2) è in forma di filo.
3. Valvola, secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detto cinematismo (8,10,11,12) comprende mezzi di trasmissione o rinvio (1 1), per collegare meccanicamente in serie detto primo e detto secondo elemento o filo (SMA1,SMA2), e fare si che i movimenti prodotti da detto primo e detto secondo elemento o filo (SMA I ,SMA2) risultino sommati tra loro.
4. Valvola, secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detto primo elemento o filo (SMAI) c connesso tra una parte fissa di detto corpo (2,3) e delti mezzi di trasmissione o rinvio (1 1).
5. Valvola, secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detto secondo elemento o filo (SMA2) è connesso tra detti mezzi di trasmissione o rinvio (11) ed una parte mobile (10) di detto cinematismo (8,10,12).
6. Valvola, secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal latto che detti primo e secondo elemento o filo (SMA1,SMA2) sono disposti parallelamente tra loro e/o lungo una medesima direzione assiale.
7. Valvola, secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che una prima estremità di detto primo elemento o filo (SMAI) è ancorata ad una prima zona di estremità di detti mezzi di trasmissione o rinvio (1 1), che una prima estremità di detto secondo elemento o filo (SMA2) è ancorato ad una seconda zona di estremità di delti mezzi di trasmissione o rinvio (11 ), e che le seconde estremità di detti elementi o fili (SMAI ,SMA2) sono rivolle in direzioni opposte.
8. Valvola, secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal l'atto che delti mezzi di trasmissione o rinvio comprendono un componente scorrevole (1 1) sotto razione di almeno uno di detti elementi o fili (SMA1 ,SMA2).
9. Valvola, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto cinematismo (8,10,1 1) comprende un albero (8), ad una estremità del quale è connesso detto organo otturatore (9), detto albero (8) presentando in particolare due porzioni aventi dimensioni di sezione differenti.
10. Valvola, secondo le rivendicazioni 8 e 9, caratterizzato dal fatto che detto componente scorrevole (1 1) è infilalo o calzato su dello albero (8), il primo essendo suscettibile di movimento relativo rispetto al secondo, e/o viceversa.
1 1 . Valvola, secondo le rivendicazioni 5 e 9, caratterizzata dal fatto che alla seconda estremità di dello albero (8) è associala detta parte mobile (10) di detto cinematismo (8,10).
12. Valvola, secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che almeno una porzione di detto albero (8) è passante in un foro definito in detto corpo (2,3); in corrispondenza di detto foro essendo previsti mezzi di tenuta assiale (8A).
13. Valvola, secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che, ai fini del loro fissaggio, ad almeno una delle estremità di detti elementi o fili (SMAI , SM A2) sono applicati dei nottolini di arresto (13), in particolare in ottone, fermati per crimpatura.
14. Valvola, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto che detto cinematismo (8,10,1 1,12) comprende un elemento elastico (12), quale una molla a spirale.
15. Valvola, secondo le rivendicazioni 5 e 14, caratterizzata dal fatto che detto elemento elastico (12) opera tra detto corpo (2,3) e detta parte mobile (10), per spingere quest'ultima, e l’albero (8) ad essa associato, in una prima direzione, nella quale detti elementi o fili (SMAI, SMA2) risultano in tensione.
16. Valvola, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che sono previsti mezzi di alimentazione, per l’applicazione di una corrente elettrica ad almeno uno di detti elementi (SMA1,SMA2), in particolare per indurne un riscaldamento per effetto Joule.
17. Valvola, secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che delti mezzi di alimentazione sono suscettibili di erogare una corrente elettrica costante ad almeno uno di detti elementi (SMA1,SMA2).
18. Valvola, secondo la rivendicazione 16, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di alimentazione sono suscettibili di erogare una corrente elettrica variabile ad almeno uno di detti elementi (SMAI,SMA2), in particolare al fine di ottenere spostamenti di detto organo otturatore (9) che sono pari ad una frazione dello spostamento massimo ottenibile.
19. Valvola, secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di alimentazione sono suscettibili di erogare contemporaneamente delta corrente elettrica a detti elementi (SMA!,SMA2).
20. Valvola, secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di alimentazione sono suscettibili di erogare detta corrente elettrica in maniera disgiunta a detti elementi (SMA1.SMA2), in particolare al fine di ottenere spostamenti di detto organo otturatore (9) che sono pari ad una frazione dello spostamento massimo ottenibile.
21. Valvola, secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal l'alto di comprendere mezzi sensori della posizione di lavoro assunta da detto cinematismo (8, 10,1 1 ,12) e/o detto otturatore (9).
22. Valvola, secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi (14) per interrompere il flusso della corrente elettrica erogata a detti elementi o fili (SMA1,SM2), detti mezzi interruttori comprendendo in particolare un microinterruttore (14), di tipo normalmente chiuso, posto in serie a detti mezzi di alimentazione.,
23. Valvola, secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che a detto einematismo (8,10,1 1,12) è associata un’appendice (10A) per produrre la commutazione di detti mezzi interruttori (14).
24. Valvola, secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che, a seguito di un riscaldamento indotto in detto primo elemento o filo (SMAI ), con la conseguente riduzione in lunghezza del medesimo, delti mezzi di trasmissione o rinvio sono suscettibili di essere (1 1) tirati in una prima direzione.
25. Valvola, secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che, a seguito di un riscaldamento indotto in detto secondo elemento o filo (SMA2), con la conseguente riduzione in lunghezza del medesimo, detta parte mobile (10) è suscettibile di essere ulteriormente tirata in detta prima direzione.
26. Valvola, secondo la rivendicazione 23, caratterizzata dal fatto che lo spostamento in una prima direzione di detta appendice (10A), causato dalla riduzione di lunghezza di almeno uno di detti elementi o fili (SM1,SM2), è atto a provocare una commutazione di detti mezzi interruttori (14) che apre il circuito di alimentazione di detti fili (SM1.SM2).
27. Valvola, secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che lo spostamento in una seconda direzione di detta appendice (10A), causato dall’allungamento di almeno uno di detti fili (SMA1,SMA2) a seguito della interruzione di alimentazione elettrica agli stessi, è atto a provocare una commutazione di detti mezzi interruttori (14) che richiude il circuito di alimentazione di detti elementi o fili (SM 1 ,SM2).
28. Valvola, secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti elementi o fili (SMA1,SMA2) sono di lunghezze tra loro differenti.
29. Valvola, secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che sono previsti mezzi per riscaldare solo una parte di almeno uno di detti elementi o (ili (SMAl,SMA2).
30. Valvola, secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal l'alto che almeno uno di detti elementi o fili (SMA1,SMA2) è rivestito con una guaina, in particolare in materiale siliconico.
31. Valvola, secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto albero (8) è collegato meccanicamente a detto organo otturatore (9) tramile un elemento elastico, quale una molla.
32. Valvola, secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto corpo è realizzato in due pezzi distinti (2,3), tra loro accoppiati a tenuta.
33. Valvola, secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto corpo (2,3) comprende dei passaggi (2A), per consentire il raffreddamento di detti elementi o fili (SMA1,SMA2) per ventilazione dall’aria ambiente.
34. Valvola, secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di essere del tipo a tre vie, dotata di due ingressi ed un’uscita, oppure di un ingresso e due uscite.
35. Valvola, secondo almeno una delle rivendicazioni da 1 a 33, caratterizzata dal fatto di essere del tipo a due vie.
36. Valvola, secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di essere del tipo ON/OIT, o aperto/chiuso.
37. Valvola, secondo almeno una delle rivendicazioni da 1 a 33, caratterizzata dal fatto di essere del tipo miscelatore, detto organo otturatore (9) essendo suscettibile di assumere c mantenere lina o più posizioni intermedie tra due posizioni di fine corsa.
38. Valvola, secondo la rivendicazione precedente, caratterizzala dal fatto che è previsto un sensore per il pilotaggio di detto organo otturatore (9), detto sensore essendo in particolare un sensore della temperatura del fluido miscelato in uscita dalla valvola.
39. Valvola, secondo la rivendicazione 35, caratterizzata dal fatto di essere del tipo parzializzatore, detto organo otturatore (9) essendo suscettibile di assumere e mantenere una o più posizioni intermedie tra due posizioni di fine corsa.
40. Valvola controllata elettricamente, in particolare per caldaie con produzione di acqua calda, del tipo comprendente: un corpo (2,3), dotato di almeno un ingresso (4,5) ed un’uscita (6), almeno una via di passaggio (V1,V2) essendo definita tra detto ingresso (4,5) e detta uscita (6), un organo otturatore (9), suscettibile di movimento tra una posizione di apertura ed una posizione di chiusura di detta via di passaggio (VI ,V2), mezzi attualori (SMA1,SMA2), per realizzare la movimentazione di detto organo otturatore (9) tramite un cincmatismo di attuazione (8,10,11,12), ove detti mezzi attuatori (SMA1,SMA2) comprendono un primo elemento, di configurazione allungata e/o sottile, realizzato in lega a memoria di forma (SMAI), caratterizzata dal fatto che sono previsti mezzi (SM2) per amplificare la movimentazione di detto organo otturatore (9) prodotta da detto primo elemento (SMAI ), detti mezzi per amplificare (SM2) sovrapponendo la propria azione a quella di dello primo elemento (SMA I ).
41. Valvola, secondo la rivendicazione 40, caratterizzala dal fatto che detti mezzi per amplificare (SMA2), comprendono almeno un secondo elemento, di configurazione allungata e/o sottile, realizzato in lega a memoria di forma (SMA2), collegato meccanicamente in serie a detto primo elemento (SMAI).
42. Caldaia per il riscaldamento di acqua, comprendente una valvola (I) realizzata in accordo ad una o più delle rivendicazioni precedenti.
43. Caldaia, secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto di comprendere un dispositivo (22) per il riscaldamento dell'acqua necessaria al funzionamento di un impianto di riscaldamento (23,24).
44. Caldaia, secondo la rivendicazione 42, caratterizzata dal fatto di comprendere un dispositivo (26) per il riscaldamento di acqua sanitaria.
45. Caldaia, secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzala dal fatto che detta valvola (1) è operativa per deviare almeno una parte dell’acqua presente in detto impianto di riscaldamento (23,24) verso detto dispositivo (26) per il riscaldamento di acqua sanitaria.
46. Caldaia, secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi di rilevazione (28) di una richiesta di acqua calda sanitaria, detti mezzi di rilevazione (28) essendo operativi per comandare la commutazione di detta valvola (1).
47. Valvola controllata elettricamente e/o caldaia per il riscaldamento di acqua, secondo gli insegnamenti della presente descrizione e dei disegni annessi.