ITTO960215A1 - Valvola di controllo a due vie a sezione di passaggio variabile per un circuito frigorifero - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

di brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione è relativa ad una valvola di controllo a due vie a sezione di passaggio variabile, particolarmente per il controllo della pressione di evaporazione in un circuito frigorifero. La valvola trova un'applicazione conveniente, ma non esclusiva, negli impianti di condizionamento di velivoli .

Sono note valvole del tipo suddetto, le quali comprendono essenzialmente un corpo provvisto di un condotto di ingresso e di un condotto di uscita per un fluido refrigerante, ed un organo mobile atto a parzializzare una sezione di passaggio del fluido interposta tra l'apertura di ingresso e l'apertura di uscita.

L'organo mobile è generalmente comandato da un attuatore termico provvisto di un elemento termosensibile e di un organo di uscita mobile sotto la spinta dell'elemento termosensibile in funzione della temperatura di quest'ultimo, la quale può essere variata tramite un resistore elettrico e controllata elettronicamente. L'elemento termosensibile è generalmente costituito da una o più lamine bimetalliche deformabili al variare della temperatura, oppure da un'ampolla deformabile contenente un liquido in equilibrio con il proprio vapore saturo.

Le valvole note del tipo brevemente descritto presentano alcuni inconvenienti.

Innanzitutto, la prontezza di risposta è generalmente modesta, poiché i transitori di raffreddamento dell'elemento termosensibile, quando viene interrotto l'apporto termico mediante il resistore, sono molto lenti.

Pertanto, le valvole note sono adatte ad -2 applicazioni in condizioni sostanzialmente stazionarie quali ad esempio i banchi frigoriferi o i condizionatori di ambienti statici in cui deve essere mantenuta una temperatura sostanzialmente costante e le variazioni di carico sono lente; tali valvole non possono pertanto essere utilizzate in condizioni fortemente e rapidamente variabili quali quelle che si verificano, ad esempio, negli abitacoli dei velivoli.

Un altro inconveniente è legato al fatto che le valvole note sono generalmente sensibili alla pressione ambientale e/o del fluido refrigerante; ne deriva che il punto di funzionamento della valvola non dipende in modo univoco dalla tensione di alimentazione del resistore elettrico.

Anche questo aspetto rende problematico l'impiego delle valvole note nelle applicazioni aeronautiche, in cui le variazioni di quota e quindi di pressione sono ovviamente rilevanti.

Scopo della presente invenzione è la realizzazione di una valvola di controllo a due vie per un circuito frigorifero, la quale sia priva degli inconvenienti connessi con le valvole note e sopra specificati.

Il suddetto scopo è raggiunto dalla presente invenzione, in quanto essa è relativa ad una valvola di controllo a due vie per un circuito frigorifero, del tipo comprendente un involucro provvisto di un'apertura di ingresso e di un'apertura di uscita per un fluido refrigerante é definente mezzi a condotto per il detto fluido refrigerante interposti tra la detta apertura di ingresso e la detta apertura di uscita, detti mezzi a condotto comprendendo almeno una luce di passaggio per il detto fluido refrigerante, un organo mobile atto a parzializzare la detta luce di passaggio per definire una sezione variabile di passaggio, ed un attuatore termico di comando del detto organo mobile, il detto attuatore termico comprendendo un elemento termosensibile, mezzi di regolazione della temperatura del detto elemento termosensibile, ed un elemento di comando azionato dal detto elemento termosensibile e vincolato al detto organo mobile, caratterizzata dal fatto che almeno una porzione del detto elemento termosensibile è alloggiata nei detti mezzi a condotto in condizioni di scambio termico con.-il detto fluido refrigerante.

Per una migliore comprensione della presente invenzione viene descritta nel seguito una forma preferita di attuazione, a titolo di esempio non limitativo e con riferimento al disegno allegato, ne quale:

la figura 1 è una vista frontale di una valvol realizzata secondo la presente invenzione; e

la figura 2 è una sezione secondo la linea in figura 1.

Con riferimento alle figure, è indicata nel suo complesso con 1 una valvola di controllo a due vie, a sezione di passaggio variabile, per un circuito frigorifero.

La valvola 1 può essere convenientemente utilizzata per il controllo della pressione di evaporazione in un circuito frigorifero facente parte di un impianto di condizionamento di un velivolo (non illustrato), ad esempio del tipo illustrato nella domanda di brevetto italiana n. ΊΌ94Α-000727.

La valvola 1 comprende un involucro 2 provvisto di un'apertura 3 di ingresso e di un'apertura 4 di uscita per un fluido refrigerante; l'involucro 2 definisce al proprio interno un condotto 5 per il fluido refrigerante interposto tra 1'apertura.,3 di ingresso e l'apertura 4 di uscita e comprendente una luce di passaggio 6.

La valvola 1 comprende inoltre un organo mobile 7 alloggiato nell'involucro 2 ed atto a parzializzare la luce 6 per definire una sezione variabile di passaggio per il fluido refrigerante.

Più in particolare, l'involucro 2 comprende un corpo principale 10 di forma tubolare allungata, di asse A, ad una cui estremità assiale 14 è saldato un raccordo tubolare 15 definente l'apertura 3 di ingresso; il corpo 10 è provvisto di una appendice tubolare 11 radiale intermedia definente l'apertura 4 di uscita. Il corpo 10 presenta internamente uno spallamento 16 anulare, in posizione intermedia tra le aperture 3 e 4, il quale delimita la suddetta luce 6 di passaggio per il fluido refrigerante.

L'involucro 2 comprende inoltre un cannotto 19 tubolare estendentesi a sbalzo all'interno del corpo principale 10, a partire da un'estremità assiale del corpo 10 opposta all'estremità 14 e coassialmente al corpo stesso; il cannotto 19 è provvisto di una flangia 21 di estremità, la quale è fissata ad una corrispondente flangia 22 di estremità del corpo 10 mediante una pluralità di bulloni 23. Il cannotto 19 si estende assialmente fino in prossimità dello spallainento 16 e delimita una cavità cilindrica 20. La cavità 20 comunica con il condotto 5 mediante una pluralità di fori 12 ricavati nel cannotto 19.

L'organo mobile 7 comprende un pistone 24 circolare delimitato da una superficie laterale 26 conica rastremata verso l'apertura di ingresso 3 ed atto a scorrere lungo l'asse A tra una posizione retratta di massima apertura della valvola 1, illustrata nella parte inferiore di figura 2, in cui è disimpegnato dalla luce 6, ed una porzione di massima chiusura {illustrata nella parte superiore della figura 2) in cui impegna la luce 6 e la superficie laterale 26 coopera con lo spallamento 16. Convenientemente, la superficie 26 presenta una pluralità di scanalature longitudinali (non illustrate) atti a consentire il passaggio di una portata minima di fluido attraverso il pistone stesso anche nella posizione di massima chiusura. Il pistone 24 presenta inoltre una pluralità di fori 30 assiali passanti atti ad equalizzare la pressione a monte e a valle del pistone stesso.

L'organo mobile 7 comprende inoltre una coppia di porzioni tubolari 34, 35 di supporto e guida del pistone 24, estendentisi assialmente da parti opposte del pistone stesso.

Più precisamente, la porzione 34 si estende da una periferia esterna del pistone 24 fino all'interno del cannotto 19, e presenta una porzione anulare 36 di estremità accoppiata scorrevolmente al cannotto 19 stesso; la porzione 35 presenta forma tubolare allungata, di diametro ridotto rispetto alla porzione 34, ed è supportata scorrevolmente in una boccola 37 portata da un supporto 38 integrale al raccordo 15 e ad esso solidalmente collegato da una pluralità di razze 39 radiali.

La valvola 1 comprende inoltre un attuatore 40 termico a cera per il comando dell'organo mobile 7.

L'attuatore 40 comprende un bulbo 44 termosensibile contenente cera (non illustrata), ed un elemento 45 di comando a puntale fuoriuscente da un'estremità assiale del bulbo 44, ed atto a spostarsi assialmente sotto la spinta della cera la quale si liquefa progressivamente e si dilata al crescere della temperatura. L'attuatore 40 è alloggiato nella cavità 20 coassialmente al cannotto 19, con l'elemento di comando 45 rivolto verso l'organo mobile 7.

Il bulbo 44 presenta forma sostanzialmente cilindrica allungata, di asse A, ed è provvisto di un risalto 46 anulare in prossimità di una propria estremità rivolta verso l'elemento di comando 45; il risalto 46 è delimitato assialmente da-due fianchi 47, 48 conici, e presenta una sezione sostanzialmente trapezoidale.

L'attuatore 40 è fissato all'interno della cavità 20 mediante una coppia di ghiere 49 avvitate in una filettatura 50 interna del cannotto 19, le quali bloccano il risalto 46 contro uno spallamento 51 interno del cannotto stesso, con l'interposizione di un anello 54 di appoggio. La ghiera 49 a contatto con il risalto 46 e l'anello 54 presentano rispettive superfici coniche cooperanti con i fianchi 47, 48 per bloccare assialmente e centrare radialmente il risalto stesso, assicurando un montaggio dell'attuatore 40 in posizione coassiale al cannotto 19.

L'elemento di comando 45 coopera assialmente con un'asta 55, di asse A, montata scorrevole all'interno dell'organo mobile 7. L'asta 55 presenta ad una propria estremità adiacente all'elemento di comando 45 una sede 56 assiale per l'elemento di comando 45 ed una flangia 57 circolare; l'asta 55 presenta inoltre un'estremità 58 opposta filettata, sulla quale è avvitato un dado 59 autobloccante definente un appoggio assiale per un'estremità libera della porzione tubolare 35 dell'organo mobile 7.

Una prima molla 60 elicoidale è montata coassiale alla porzione 35 dell'organo mobile 7, compressa assialmente tra il pistone 24 e la boccola 37; una seconda molla 61 elicoidale è montata intorno all'asta 55 ed appoggia alle proprie estremità contro il pistone 24 e contro la flangia 57 dell'asta 55.

L'organo mobile 7 è pertanto supportato elasticamente in senso assiale tra l'elemento di comando 45 (a cui è solidale l'asta 55 per l'azione della molla 61) ed il supporto fisso 38 (a cui è solidale la boccola 37), ed assume una posizione assiale definita dall'equilibrio tra le spinte elastiche delle molle 60, 61. La rigidezza della molla 61 è molto maggiore della rigidezza della molla 60; pertanto, l'organo mobile 7 durante la propria corsa tra la posizione di massima apertura e la posizione di massima chiusura si può considerare vincolato in modo sostanzialmente rigido all'elemento di comando 45, e contrastato elasticamente dalla molla 60.

Una porzione di estremità 64 del bulbo 44 opposta all'elemento di comando 45 è circondata da un resistore 65 per il controllo della temperatura del bulbo stesso. Nella suddetta porzione di estremità 64 sono inoltre alloggiati una termocoppia 66 per il monitoraggio della temperatura del bulbo 44 ed un interruttore termico 67 collegato in serie al resistore 65 ed atto ad interromperne l'alimentazione quando la temperatura del bulbo 44 supera un valore di soglia prefissato.

Il resistore 65 e l'interruttore termico 67 sono inglobati in uno strato 68 isolante di resina sintetica, avente lo scopo di assicurare che essi "sentano" la temperatura del bulbo 44 evitando ogni scambio termico con il fluido refrigerante contenuto in uso nella cavità 20.

Una porzione intermedia 68 del bulbo 44 è invece scoperta in modo che il bulbo 44 stesso sia lambito in uso dal fluido refrigerante.

La valvola 1 comprende infine un connettore elettrico 70 alloggiato in un coperchio 75 di estremità fissato alla flangia 21 del cannotto 19. Il connettore 70 è provvisto di una pluralità di terminali elettrici 71 i quali sono collegati al resistore 65, alla termocoppia 66 ed all'interruttore 67 mediante rispettivi cavi 76.

Il connettore 70 è atto a collegare elettricamente la valvola 1 ad un circuito elettronico di controllo (non illustrato), atto a regolare la temperatura del bulbo 44 modulando la tensione di alimentazione del resistore 65.

Il funzionamento della valvola 1 viene descritto a partire dalla condizione di massima apertura (figura 2, parte inferiore), che è la condizione di regime in assenza di alimentazione elettrica al resistore 65. In questa condizione, la cera nel bulbo 44 è solida, l'elemento di comando 45 è in posizione retratta, ed il pistone 24 viene mantenuto al proprio fondo corsa di massima apertura dalla molla 60.

Energizzando il resistore 65, la temperatura del bulbo 44 aumenta e la cera si liquefa progressivamente; l'elemento di comando 45 fuoriesce e sposta il pistone 24, attraverso l'asta 55 e la molla 61, verso la posizione di chiusura; la molla 61 trasmette il carico in modo sostanzialmente rigido, mentre la molla 60 si comprime progressivamente.

Durante la porzione finale della corsa di regolazione, il pistone 24 scorre all'interno della luce 6; la forma conica della superficie 26 determina una variazione lenta della sezione di passaggio al variare della posizione assiale del pistone 24.

Quando la temperatura del bulbo 44 raggiunge un valore nominale massimo, ad esempio pari a 60°C, la cera è completamente liquefatta; questa condizione (figura 2, parte superiore) corrisponde al termine della corsa utile del pistone 24, il quale giunge in battuta contro lo spallamento 16 del corpo 10. La sezione di passaggio è quindi ridotta al suo valore minimo definito dalle scanalature (non illustrate) della superficie 26, attraverso le quali vi è sempre circolazione di fluido.

Benché quella descritta costituisca una condizione limite di regolazione, è previsto che la temperatura del bulbo 44 possa superare il valore massimo nominale in condizioni particolari (ad esempio nel caso in cui la valvola sia immagazzinata in un ambiente particolarmente caldo) ; in questo caso si verifica un 'extracorsa dell’elemento di comando 45 (posizione tratteggiata in figura 2), che si traduce in una traslazione assiale dell'asta 55 rispetto all'organo mobile 7 contro l'azione della molla 61, che si deforma significativamente. Ciò impedisce che si verifichino pericolosi sovraccarichi meccanici sull'attuatore 40, tali da comprometterne l'integrità.

Quando l'apporto termico del resistore 65 viene ridotto o interrotto, la temperatura del bulbo 44 si riduce rapidamente grazie allo scambio termico con il fluido refrigerante che lo lambisce. Pertanto, il pistone 24 si riporta verso la posizione di massima apertura reagendo con elevata prontezza di risposta alla variazione del segnale di controllo.

Da un esame delle caratteristiche della valvola 1 realizzata secondo i dettami della presente invenzione, sono evidenti i vantaggi che essa consente di ottenere.

In primo luogo, il bulbo 44 dell'attuatore a cera è costantemente immerso nel fluido refrigerante e pertanto reagisce prontamente alla riduzione di apporto termico del resistore 65, assicurando un'elevata prontezza di risposta della valvola. Ciò consente di s impiegare la valvola in applicazioni che prevedono 2 JJ variazioni violente e repentine del carico Ki e dell'impianto frigorifero.

In secondo luogo, poiché l'organo mobile 7 è completamente alloggiato nel condotto 5 in modo da essere soggetto alla spinta idrostatica del fluido refrigerante, la pressione ambiente e quella del fluido stesso sono del tutto ininfluenti ai fini del controllo della valvola. Pertanto, la valvola 1 è insensibile alla quota a cui opera e, essendovi corrispondenza biunivoca tra il valori di temperatura del bulbo 44 e la posizione dell'organo mobile 7, il controllo risulta particolarmente semplice.

Infine, la valvola 1 è meccanicamente molto semplice, e quindi compatta, affidabile e di peso ridotto.

Tutti i vantaggi sopra descritti concorrono a rendere la valvola dell’invenzione particolarmente adatta ad applicazioni aeronautiche.

Risulta infine chiaro che alla valvola 1 descritta possono essere apportate modifiche e varianti che non escono dall'ambito di tutela dell'invenzione. In particolare, l'attuatore 40 può essere sostituito da un attuatore termico di qualsiasi tipo.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.- Valvola (1) di controllo a due vie per un circuito frigorifero, del tipo comprendente un involucro (2) provvisto di un'apertura di ingresso (3) e di un'apertura di uscita (4) per un fluido refrigerante e definente mezzi a condotto (5, 20) per il detto fluido refrigerante interposti tra la detta apertura di ingresso (3) e la detta apertura di uscita (4), detti mezzi a condotto (5) comprendendo almeno una luce (6) di passaggio per il detto fluido refrigerante, un organo mobile (7) atto a parzializzare la detta luce (6) di passaggio per definire una sezione variabile di passaggio, ed un attuatore (40) termico di comando del detto organo mobile (7), il detto attuatore 40) termico comprendendo un elemento termosensibile (44), mezzi di regolazione (65) della temperatura del detto elemento termosensibile (44), ed un elemento di comando (45) azionato dal detto elemento termosensibile (44) e vincolato al detto organo mobile (7), caratterizzata dal fatto che almeno una porzione del detto elemento termosensibile (44) è alloggiata nei detti mezzi a condotto (20) in condizioni di scambio termico con il detto fluido refrigerante. 2.- Valvola secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il detto organo mobile (7) è alloggiato nei detti mezzi a condotto (5; 20) in modo da essere soggetto ad una spinta idrostatica del detto fluido refrigerante. 3.- Valvola secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che il detto attuatore termico (40) è un attuatore a cera. 4.- Valvola secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che il .-detto elemento termosensibile è un bulbo a cera (44), e che i detti mezzi di regolazione della temperatura comprendono un resistore (62) applicato ad almeno una porzione (64) del detto bulbo (44). 5.- Valvola secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi di isolamento termico (68) interposti tra il detto resistore (65) ed i detti mezzi a condotto (20). 6.- Valvola secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il detto organo mobile (7) è interposto tra mezzi di supporto (37, 38) fissi al detto involucro (2) ed il detto elemento di comando (45) del detto attuatore termico (40), primi e secondi mezzi elastici (60; 61) essendo interposti tra il detto organo mobile (7) e, rispettivamente, detti mezzi di supporto (37) e detto elemento di comando (45). 7.- Valvola secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che i detti primi mezzi elastici (60) presentano una rigidezza minore rispetto ai detti secondi mezzi elastici (61). 8.- Valvola secondo la, rivendicazione 6 o 7, caratterizzata dal fatto che il detto involucro (2) comprende un corpo principale (10) tubolare definente un condotto interno (5) interposto, tra la detta apertura di ingresso e la detta apertura di uscita (4), ed un cannotto tubolare (19) alloggiato coassialmente nel detto corpo principale e definente una cavità (20) interna comunicante attraverso almeno un'apertura (12) del detto cannotto (19) con il detto condotto (5) e formante con quest'ultimo i detti mezzi a condotto (5, 20); il detto attuatore termico (44) essendo alloggiato e supportato nella detta cavità (20) del detto cannotto (19). 9.- Valvola secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che il detto organo mobile (7) comprende un pistone (24) intermedio atto a cooperare con la detta luce (6), e rispettive porzioni di estremità (34, 35) accoppiate scorrevolmente con il detto cannotto (19) e con i detti mezzi di supporto fissi (37). 10.- Valvola secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che il detto pistone (24) presenta almeno un foro (30) assiale passante. 11.- Valvola secondo la rivendicazione 9 o 10, caratterizzata dal fatto che il detto pistone (24) presenta una superficie conica (26) atta a cooperare con la detta luce (6). 12.- Valvola secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 11, caratterizzata dal fatto di comprendere un'asta (55) cooperante con il detto elemento di comando (44) del detto attuatore (40) e provvista di mezzi di appoggio (57) per i detti secondi mezzi elastici (61), il detto organo mobile (7) essendo montato coassiale e scorrevole rispetto alla detta asta (55). 13.- Valvola di controllo, sostanzialmente come descritta ed illustrata nei disegni allegati.