ITTO990708A1 - Valvola d'espansione. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:

"VALVOLA D'ESPANSIONE"

DESCRIZIONE

L'invenzione riguarda una valvola di espansione, avente un elemento valvolare, il quale coopera con una sede valvolare situata fra una prima apertura ed una. seconda apertura in una struttura d'involucro, ed è spostabile mediante un dispositivo operatore in una direzione, e mediante un 'dispositivo di ripristino nella direzione opposta, lungo il medesimo asse rispetto alla sede valvolare.

Una valvola di espansione di questo tipo è nota dalla edizione agosto 1995 della pubblicazione "Thermostatic expansion valve TDE with fixed orifice" (Valvola di espansione termostatica TDE con orifizio fisso" della società Danfoss A/S.

Una valvola di espansione termostatica di questo genere viene utilizzata per l'iniezione di un fluido refrigerante in un evaporatore, e più precisamente in modo generalmente dipendente dal surriscaldamento del fluido refrigerante. Esistono diverse possibilità di scelta per le modalità di controllo o di regolazione. Nel caso della valvola di espansione nota dalla suddetta pubblicazione aziendale, l'apertura della valvola di espansione è regolata in modo che il surriscaldamento del fluido refrigerante rimanga più o meno costante.

Nell'esercizio estivo vengono adottati alcuni sistemi, operanti in modo che il calore venga trasferito dall' interno di un edificio o di un ambiente verso l'esterno. Nel cosiddetto esercizio invernale, il sistema opera in senso invèrso, ossia il calore viene trasmesso dall'esterno verso 1'interno .

In origine, per tale scopo venivano impiegate due valvole di espansione collegate in forma anti-parallela . Tuttavia questa soluzione è relativamente complessa, e determina un, innalzamento dei costi. Nella suddetta pubblicazione aziendale è stato quindi proposto di inpiegare una sola valvola di espansione, con possibilità di funzionamento in entrambe le direzioni. Qui però costituisce un inconveniente il fatto che il surriscaldamento statico dell'evaporatore è differente nelle due forme di impiego. Questo è attribuibile per esempio alla circostanza che, quando il fluido refrigerante scorre attraverso la valvola in una direzione, la pressione dello stesso fluido refrigerante nella direzione di apertura agisce sulla valvola, mentre questa pressione non risulta disponibile quando il fluido refrigerante scorre attraverso la valvola nella direzione opposta. Questa pressione determina perfino una chiusura più forzata dell'elemento valvolare. Questo può avere un effetto negativo sulla efficienza e sulla capacità del sistema.

L'invenzione è basata sul problema di rendere certe proprietà indipendenti dalla direzione di funzionamento della valvola di espansione.

Tale compito viene assolto, nel caso di una valvola di espansione del tipo menzionato all'inizio, per il fatto che l'elemento valvolare è collegato ad una prima disposizione di superfici di pressione, la quale comprende delle prime superfici di pressione con dimensioni sostanzialmente uguali, agenti in direzioni opposte, sulle quali la pressione nella prima apertura agisce quando la valvola è chiusa, e ad una seconda disposizione di superfici di pressione, che comprende delle seconde superfici di pressione con dimensioni sostanzialmentè uguali, agenti in direzioni opposte, sulle quali la pressione nella seconda apertura agisce quando la valvola è chiusa.

Con questa configurazione, l'elemento valvolare è sgravato dalla pressione da entrambe le aperture, nei confronti della pressione del fluido refrigerante, per cui sull'elemento valvolare viene esercitata un'azione, in termini di forza, quasi esclusivamente da parte del dispositivo operatore e da parte del dispositivo di ripristino. Pertanto il dispositivo operatore deve applicare solamente delle forze sufficienti a superare le forze antagoniste nel dispositivo di ripristino. Diversamente, l'elemento valvolare si trova in equilibrio. La pressione nella prima apertura agisce su una prima superficie di pressione, e di conseguenza tende a sollevare l'elemento valvolare dalla sede valvolare, e ad aprire la valvola, ma nello stesso tempo la pressione nella prima apertura agisce su una prima superficie di pressione in una direzione di azione opposta, ossia la pressione agente su questa superficie di pressione tende a spostare l'elemento valvolare nella direzione di chiusura, ed a chiudere la valvola, od a mantenere chiusa quest'ultima. Di conseguenza, la pressione nella prima apertura agisce con la medesima forza in direzioni opposte. Pertanto essa non esercita alcuna influenza sulle caratteristiche di apertura della valvola, ossia nel sollevamento dell'elemento valvolare dalla sede valvolare. Analogamente, la pressione nella seconda apertura agisce da un lato su una seconda superficie di pressione, e tende a sollevare l'elemento valvolare dalla sede valvolare, ma nello stesso tempo la pressione nella seconda apertura sta ancora agendo su un'altra seconda superficie di pressione, e tende ancora a premere l'elemento valvolare sulla sede valvolare. Di conseguenza, l'elemento valvolare si trova in equilibrio rispetto alle pressioni nella prima e nella seconda apertura. Questa condizione di equilibrio sussiste non' solo quando la valvola è chiusa, ma anche quando l'elemento valvolare è sollevato dalla sede valvolare. La spiegazione è tuttavia più semplice per lo stato di chiusura.

L'elemento valvolare è preferibilmente connesso ad un componente scorrevole, che è guidato parallelamente all'asse. Questo costituisce quindi un semplice sistema per consentire un movimento alternativo dell'elemento valvolare, il quale assicura che lo stesso elemento valvolare risulti sempre correttamente allineato nei confronti della sede valvolare.

La prima disposizione delle superfici di pressione e la seconda disposizione delle superfici di pressione sono convenientemente separate l'una dall'altra mediante uno stantuffo guidato con modalità di tenuta ermetica, ed a tale riguardo, durante il movimento dell'elemento valvolare, viene effettuato un movimento relativo fra lo stantuffo ed una faccia complementare di tenuta ermetica. Mediante lo stantuffo, o più precisamente mediante la zona di tenuta ermetica formata dallo stantuffo e dalla faccia complementare di tenuta ermetica, si ottiene una separazione fra la prima e la seconda apertura per ciò che riguarda la pressione. In questo modoj da un lato viene mantenuta la funzione della valvola, che è destinata a produrre o mantenere una certa relazione di pressione fra le dùe aperture; e dall'altro lato viene assicurato che la pressione delle rispettive aperture possa raggiungere le superfici di pressione delle due suddette disposizioni di superfici di pressione. Poiché la zona a tenuta ermetica è mobile, la stessa tenuta ermetica viene preservata anche quando l'elemento valvolare compie un movimento di apertura o di chiusura.

Questa disposizione permette anche di costruire il componente scorrevole senza una chiusura a tenuta nei confronti della struttura d'involucro della valvola, per cui è possibile la formazione di un canale o percorso di egualizzazioné della pressione fra queste due parti. Questo consente un passaggio della pressione da una apertura, oltre il componente scorrevole, verso l'altro lato, e lo sgravamento del componente scorrevole da sollecitazioni provenienti da tale lato. Il componente scorrevole può essere perfino guidato con un certo gioco nella struttura d'involucro.

Convenientemente, sullo stantuffo è assicurata una guarnizione di tenuta, la quale è appoggiata contro la faccia complementare di tenuta ermetica. Questa guarnizione di tenuta può avere allora una struttura relativamente semplice, in quanto essa circonda perimetralmente lo stantuffo suddetto. Siffatte guarnizioni di tenuta per stantuffi sono di per sé note da altre applicazioni.

'E' particolarmente preferito che la guarnizione di tenuta abbia la forma di un allestimento ad anello di stantuffo (fascia elastica). Un allestimento ad anello di stantuffo circonda in senso anulare lo stantuffo in questione. La sua installazione è semplice, ed il suo funzionamento é molto affidabile.

L'allestimento ad anello di stantuffo presenta preferibilmente almeno un labbro di tenuta, sottoposto ad un certo precarico in senso radiale verso l'esterno. Questo labbro di tenuta provvede al contatto con la faccia complementare di tenuta ermetica, ed assicura che non vi sia alcuna possibilità di passaggio della pressione da una apertura all'altra, in corrispondenza all' allestimento di tenuta ermetica.

E' particolarmente preferito che 1' allestimento ad anello di stantuffo presenti due labbri di tenuta, orientati in direzioni opposte. Questo assicura la tenuta ermetica, nei confronti della faccia complementare di tenuta, in entrambe le direzioni di movimento dello stantuffo.

E' particolarmente preferito che i labbri di tenuta siano disposti su due anelli a labbro, i quali sono identici ma installati in direzioni differenti. Questo semplifica la costruzione, perché occorre conservare in deposito un solo tipo di anello a labbro. I labbri di tenuta possono essere costituiti da un materiale che coopera con la faccia complementare di tenuta ermetica con un basso grado di attrito. A tale riguardo, si possono prendere in considerazione dei materiali plastici come il politetrafluoroetilene (PTFE), ad esempio il Teflon.

Gli anelli a labbro hanno preferibilmente delle superfici di supporto radiali. Queste superfici di supporto radiali sono in grado di assorbire le forze laterali, per cui i labbri di tenuta risultano protetti anche sotto carico.

A tale riguardo, è particolarmente preferito che le superfici di supporto siano formate su anelli, sulle cui facce di estremità gli anelli a labbro giacciono sovrapposti l'uno sull'altro. Di conseguenza, gli anelli svolgono una doppia funzione. Essi stabilizzano i due anelli a labbro tanto nella direzione assiale quanto nella direzione radiale.

Insieme allo stantuffo, i labbri di tenuta formano preferibilmente delle tasche anulari, che sono aperte nella direzione di movimento. Una pressione che si accumula di fronte allo stantuffo nella direzione di movimento determina allora una maggiore forza premente sui labbri di tenuta contro la faccia complementare di tenuta ermetica. Questo migliora le proprietà di tenuta ermetica, come appunto si richiede nel caso di pressioni più elevate.

Convenientemente, l'allestimento ad anello di stantuffo è sostenuto da un disco di ritegno. Questo allestimento ad anello di stantuffo può essere sostenuto senza difficoltà contro lo stantuffo in senso assiale, per esempio contro una sporgenza perimetrale, ma nell'altra direzione il corrispondente supporto diviene difficoltoso, se si desidera utilizzare una eccessiva dilatazione dell' allestimento ad anello di stantuffo durante il montaggio. Qui una buona alternativa viene fornita da un disco di supporto. Questo disco di supporto può essere collocato in posizione dopo che l'allestimento ad anello di stantuffo è stato spinto sullo stantuffo, _ed allora tiene in modo fisso lo stesso allestimento ad anello di stantuffo. Inoltre esso sostiene l'allestimento ad anello di stantuffo, ossia esso è in grado di protendersi in senso radiale per un piccolo tratto oltre la pertinente superficie di supporto sullo stantuffo. Un disco di ritegno di questo genere può essere costituito da metallo, per esempio da acciaio inossidabile.

L'allestimento ad anello di stantuffo può anche comprendere un anello di stantuffo diviso sul perimetro, che preferibilmente si dilata in senso radiale sotto pressione. Poiché esso presenta delle estremità sovrapponentisi in senso perimetrale, sempre in senso perimetrale si ottiene una chiusura a tenuta ermetica.

Il componente scorrevole è convenientemente guidato nella struttura d'involucro, in modo da formare un percorso di egualizzazione della pressione, che è in comunicazione con la seconda apertura. Questo percorso di egualizzazione della pressione permette alla pressione nella seconda apertura di oltrepassare il componente scorrevole verso l'altro lato, e quindi di sgravare lo stesso componente scorrevole da sollecitazioni da questo altro lato. In questo modo, 1'egualizzazione della pressione per la seconda apertura può essere realizzata attraverso il componente scorrevole, senza che occorrano dei canali aggiuntivi nella struttura d'involucro. Il percorso di egualizzazione della pressione può essere realizzato, ad esempio, effettuando la guida del componente scorrevole nella struttura d'involucro con un certo gioco. In alternativa, esso può essere ottenuto provvedendo un appiattimento del componente scorrevole in uno· o più luoghi perimetrali. Infine possono anche essere provviste delle rientranze estendentisi in senso assiale sulla superficie del componente scorrevole. Tutti questi accorgimenti possono essere realizzati in modo relativamente semplice sul componente scorrevole. Sarebbero pure possibili delle corrispondenti lavorazioni meccaniche sulla struttura d'involucro, ma queste richiederebbero un maggiore dispendio nel processo di fabbricazione. Nondimeno, la esecuzione di un foro nella struttura d'involucro, destinata a ricevere il componente scorrevole, è ancora di gran lunga più semplice rispetto alla realizzazione di canali separati.

Lo stantuffo è preferibilmente sistemato in modo fisso nella struttura d'involucro, e si protende nel componente scorrevole, ed in tali condizioni lo stantuffo delimita nel conponente scorrevole una camera a pressione, che si pone in comunicazione con la prima apertura quando la valvola è chiusa. L'area in sezione trasversale della camera a pressione corrisponde all'area in sezione trasversale della sede valvolare. Se ora la pressione nella prima apertura agisce sull'elemento valvolare, essa agisce quindi anche nella direzione opposta sulla corrispondente faccia di estremità della camera a pressione. La pressione nella prima apertura non è tuttavia in grado di propagarsi oltre, perché essa è trattenuta nella camera a pressione dallo stantuffo con 1' allestimento di tenuta ermetica. La pressione nella seconda apertura agisce però in modo analogo, pure su due facce di estremità del componente scorrevole, per' cui lo stesso componente scorrevole si trova in completo equilibrio nei confronti della pressione.

In questo caso, lo stantuffo è preferibilmente sostenuto attraverso una disposizione a superficie di articolazione contro un alberino. In questo modo, il componente scorrevole può essere un poco inclinato nella struttura d'involucro, senza una conseguente menomazione della guarnizione di tenuta associente lo stantuffo ed il componente scorrevole. Lo .stantuffo può rimanere con il suo asse sempre parallelo all'asse del componente scorrevole. Questo è particolarmente vantaggioso quando il percorso di egualizzazione della pressione è formato da un componente scorrevole, guidato con un certo gioco nella struttura d'involucro .

La connessione fra lo stantuffo e 1'alberino è preferibilmente in grado di assorbire le forze di trazione e di compressione. Poiché la pressione è in grado di procedere dalla seconda apertura, oltre il componente scorrevole verso il punto di connessione, in condizioni sfavorevoli esiste il pericolo che lo stantuffo venga sollevato dall'alberino . Questo può essere prevenuto dalla connessione, che assorbe solamente le forze di trazione e di compressione, ma consente una certa mobilità per l'inclinazione dello stantuffo rispetto all'alberino.

In una costruzione particolarmente semplice, la connessione può essere formata da una rondella elastica, la quale è inserita entro uno spazio anulare, che è racchiuso da una' prima scanalatura anulare sullo stantuffo, e da una seconda scanalatura anulare sull'alberino. Se la rondella elastica ha un certo gioco nei confronti di una delle due scanalature anulari, questo consente un certo movimento di inclinazione dello stantuffo rispetto all'alberino, e tuttavia una forza di trazione può essere trasmessa dallo stantuffo all'alberino, o viceversa, per cui lo stantuffo medesimo è preservato da un sollevamento dall'alberino.

Il componente scorrevole ha convenientemente la forma di una tazza cilindrica, alla cui estremità chiusa è disposto l'elemento valvolare. L'estremità aperta della tazza è quindi disponibile a ricevere diversi elementi funzionali, per esempio ad accogliere lo stantuffo. Il termine "tazza" non deve però essere interpretato nel senso che il suo diametro debba essere superiore alla sua profondità. Esso .ha solamente lo scopo di indicare che l'elemento valvolare è cavo, ed è aperto in una direzione.

Un cilindro cavo, che insieme allo stantuffo delimita la camera a pressione, è preferibilmente inserito nella tazza. La camera a pressione può essere allora realizzata in modo molto preciso, senza che l'intero componente scorrevole debba essere fabbricato nello stesso tempo con un corrispondente grado di precisione. Il cilindro cavo può anche avere altre proprietà fisiche, per esempio una maggiore resistenza meccanica rispetto all'elemento scorrevole, in modo che le pressioni presenti nell'apposita camera non producano inevitabilmente una deformazione del componente scorrevole, per cui lo stesso componente scorrevole potrebbe incepparsi nella struttura d'involucro. Questa forma costruttiva consente una maggiore libertà nella costruzione del componente scorrevole.

La parete esterna del cilindro cavo, e la parete interna della tazza formano convenientemente uno spazio anulare, nel quale è sistemata una molla di ripristino. Il cilindro cavo ed il componente scorrevole formano allora insieme una guida per la molla di ripristino, che analogamente accresce l'affidabilità operativa della valvola di espansione.

In una forma di costruzione alternativa, lo stantuffo è disposto sul componente scorrevole, e presenta un canale che lo attraversa in senso parallelo alla direzione di movimento. La pressione, o più precisamente il fluido alla pressione corrispondente, può passare attraverso il canale da un lato all'altro dello stantuffo, e produrre la corrispondènte egualizzazione della pressione.

A tale riguardo, è particolarmente preferito che lo stantuffo sia disposto sull'altro lato della sede valvolare rispetto al componente scorrevole, e che sia collegato con questo componente scorrevole mediante un'asta. In questa disposizione, lo stantuffo può essere situato in posizione direttamente adiacente al dispositivo attuatore, per esempio una capsula a diaframma. La pressione che si propaga dalla prima apertura, nella direzione di apertura dell'elemento valvolare, agisce nella direzione opposta sullo stantuffo. Poiché lo stantuffo è collegato all'elemento valvolare ed al componente scorrevole rispettivamente attraverso l'asta, si ottiene di conseguenza il corrispondente equilibrio delle forze. La pressione nella seconda apertura procede oltre il componente scorrevole, "al di sotto" dello stesso componente scorrevole, ossia sul lato del componente scorrevole distante dall'elemento valvolare. Pertanto la pressione nella seconda apertura agisce sulla intera area in sezione trasversale del componente scorrevole, nella direzione di chiusura. Nella direzione opposta, la pressione nella seconda apertura agisce su una zona anulare del componente scorrevole, che non è coperta dalla sede valvolare. L'area di superficie mancante è allora provvista dall'altro lato dello stantuffo. La pressione può raggiungere quest'area di superficie lungo il canale che sì estende attraverso lo stantuffo.

In una terza alternativa, lo stantuffo può essere sistemato sul medesimo lato della sede valvolare, insieme al componente scorrevole, ed in una guida ricavata nella struttura d'involucro. Esattamente come nella prima forma costruttiva, lo stantuffo definisce allora una camera a pressione, nella quale la pressione è quella proveniente dalla prima apertura. Per la pressione alla seconda apertura, vi sono due facce sul conponente scorrevole, le quali hanno le stesse dimensioni, ma agiscono in direzioni opposte.

L'elemento valvolare è preferibilmente realizzato in un solo pezzo con il componente scorrevole. Esso può essere per esempio costituito dal medesimo materiale del componente scorrevole, ed essere integralmente ottenuto per stampaggio con questo componente scorrevole. Tuttavia, come alternativa, esso può essere costituito da un materiale differente, ed essere collegato in modo fisso al componente scorrevole mediante accorgimenti adatti, per esempio con una operazione di flangiatura a risvolto.

L'invenzione viene descritta in modo particolareggiato nel seguito, sulla base di alcune forme di attuazione preferenziali, riportate a titolo di esempio, e con riferimento ai disegni, ove sono mostrati:

nella Figura 1, una prima forma costruttiva di una valvola di espansione;

nella Figura 2, una vista ingrandita di un elemento scorrevole;

nella Figura 3, una vista ingrandita di uno stantuffo; nella Figura 4, una prima forma costruttiva di un allestimento ad anello di stantuffo;

nella Figura 5, una seconda forma costruttiva di un allestimento ad anello di stantuffo;

nella Figura 6, uno stantuffo senza 1' allestimento ad anello di stantuffo;

nella Figura 1 , un alberino;

nella Figura 8, una prima struttura alternativa di un anello di stantuffo;

nella Figura 9, una seconda struttura alternativa di un anello di stantuffo;

nella Figura 10, una seconda forma costruttiva di una valvola di espansione, e

nella Figura 11, una terza forma costruttiva di una valvola di espansione.

Una valvola 1 di espansione presenta una prima apertura 2 ed una seconda apertura 3. Un fluido refrigerante può scorrere dalla prima apertura 2 alla seconda apertura 3 o viceversa, dalla seconda apertura 3 alla prima apertura 2. Qui il flusso è controllato mediante la cooperazione di una sede valvolare 4, che è situata nella struttura 5 d'involucro della valvola di espansione, con un elemento valvolare 6. L'elemento valvolare 6 può essere spostato lungo un asse Ί , nel senso di un allontanamento dalla sede valvolare 4 oppure di un accostamento a questa. Il controllo dell'elemento valvolare 6 viene compiuto per mezzo di un elemento B a soffietto {capsula barometrica) di per sé noto, che agisce sull'elemento valvolare 6 attraverso una punteria 9, situata all'esterno del piano del disegno. Una molla 10 di ripristino è provvista per produrre il ritorno dell'elemento valvolare 6 alla sede valvolare 4.· L'elemento 8 a soffietto è governato mediante un organo sensore 11 della temperatura, rappresentato in forma schematica, che a tale scopo è collegato mediante un condotto capillare 12 al suddetto elemento 8 a soffietto. Non è indispensabile che l'organo sensore 11 della temperatura sia montato alla seconda apertura 3.

In questa forma di attuazione, l'elemento valvolare 6 fa parte di un componente scorrevole 13, che è sistemato con un certo gioco in una guida 14 ricavata nella struttura d'involucro, éd è spostabile lungo l'asse 7. In questo caso, il componente scorrevole 13 è disposto sul lato della sede valvolare 4 che si trova in comunicazione con la seconda apertura 3. Di conseguenza, la pressione nella seconda apertura 3 può raggiungere il lato del componente scorrevole 13 distante dalla sede valvolare 4.

L'elemento valvolare 6 presenta un canale 15 attraversante l'elemento stesso. Questo canale 15 trasmette la pressione ^alla prima apertura 2 ad una camera 16 a pressione, che perifericamente è circondata da un cilindro cavo 17, ed- alla sua estremità aperta 19 (Figura 2) è circondata da uno stantuffo 18. Quando la valvola è chiusa, ossia quando l'elemento valvolare 6 è appoggiato contro la sede valvolare 4, la pressione nella prima apertura 2 penetra nella camera 16 a pressione, tuttavia, per effetto della chiusura a tenuta provvista dallo stantuffo 18, la stessa pressione nella prima apertura 2 rimane separata dalla pressione nella seconda apertura 3. Questa pressione è presente sull'altro lato dello stantuffo. La sezione trasversale della camera 16 a pressione, e quindi la sua faccia 20 di estremità, prospiciente l'elemento valvolare 6, ha la stessa dimensione della faccia 21 di- estremità dell'elemento valvolare 6 circondato dalla sede valvolare 4. Di conseguenza, la pressione nella prima apertura 2 agisce da entrambi i lati sull'elemento valvolare 6 e sul componente scorrevole 13 collegato a questo. In considerazione di questi rapporti di pressione, il componente scorrevole 13 si trova in equilibrio nei confronti della pressione e della forza.

Come si è detto in precedenza, la pressione nella seconda apertura 3 agisce su un lato, ossia sul "lato inferiore" 22 del componente scorrevole 13, in effetti su una zona anulare che non è coperta dallo stantuffo 18. Una superficie anulare 23 delle stesse dimensioni, sulla quale agisce anche la pressione nella seconda apertura 3, assicura che di conseguenza il componente scorrevole 13 si trovi anche in un equilibrio di forza nei confronti della pressione esistente nella seconda apertura 3.

L'indicazione che delle particolari facce rivolte in sensi opposti, sulle quali agiscono rispettivamente la pressione esistente nella prima apertura 1 e la pressione esistente nella seconda apertura 3, abbiano presumibilmente le stesse dimensioni, non significa che tale eguaglianza debba essere esattamente soddisfatta in senso matematico. Sono del tutto accettabili delle differenze relativamente piccole, provocate per esempio da una larghezza finita della sede valvolare 4. L'entità di tale eguaglianza deve essere solo tale da rendere molto piccole le forze derivanti dalle differenti pressioni, ed agenti sul componente scorrevole 13, per cui il controllo del movimento dello stesso componente scorrevole 13 viene effettuato virtualmente solo dall'elemento 8 a soffietto, agente come dispositivo operatore, e *dalla molla 10 di ripristino, agente come dispositivo di richiamo. Con questa forma costruttiva, la caratteristica di controllo della valvola 1 di espansione diviene allora indipendente dalla direzione di movimento del fluido refrigerante. In altre parole, non è più importante che questo fluido refrigerante scorra dalla prima apertura 2 alla seconda apertura 3, oppure dalla seconda apertura 3 alla prima apertura 2. In ciascun caso, la pressione più elevata non fornisce virtualmente alcun contributo alla apertura della valvola, ossia allo spostamento del componente scorrevole 13.

Dalla Figura 2 si può rilevare che l'elemento valvolare 6 comprende diverse parti, e precisamente un anello 24 di tenuta, il quale è assicurato al componente scorrevole mediante un inserto 25. Questo inserto 25 è incurvato alla sua estremità 26, distante dall'anello 24 di tenuta, e cosi nello stesso tempo esso blocca in posizione il cilindro cavo 17. In modo anàlogo, il componente scorrevole 13 presenta un incurvamento alla sua estremità superiore 27, per bloccare in posizione l'anello 24 di tenuta. Naturalmente, non solo è possibile realizzare il componente scorrevole 13 in un solo pezzo con l'elemento valvolare 6, come viene mostrato nella figura, ma anche fabbricare queste parti con. lo stesso materiale, per cui non si richiedono degli appositi accorgimenti di fissaggio.

Insieme al componente scorrevole 13, il cilindro cavo 17 forma uno spazio anulare 42, nel quale è inserita la molla 10 di ripristino. Quindi la molla 10 di ripristino risulta guidata per una certa lunghezza assiale.

La molla 10 di ripristino è appoggiata (Figura 3) su un anello 28 di supporto, il quale è montato su un sostegno 29 dello stantuffo, che a sua volta porta lo stantuffo 18. L'anello 28 di supporto è spostabile relativamente al sostegno 29 dello stantuffo.

Un primo esempio pratico dello stantuffo 18 è mostrato in scala ingrandita nella Figura 4, per illustrare l'azione di tenuta che viene prodotta mediante lo stantuffo.

Il lato interno radiale del cilindro cavo 17 forma una faccia complementare 30 di tenuta ermetica, contro la quale si appoggia un anello 31 di stantuffo. Ad una estremità assiale, l'anello 31 di stantuffo è appoggiato su un gradino 32 presente sullo stantuffo 18. All'altra estremità, esso è tenuto da una rondella 33 di ritegno, ad esempio di acciaio inossidabile, che si impegna in maniera resiliente nello stantuffo 18.

L'anello 31 di stantuffo presenta due labbri 34, 35 di tenuta ermetica, che sono preferibilmente costituiti da un materiale plastico, ad esempio da politetrafluoroetilene (PTFE, Teflon). I labbri 34, 35 di tenuta presentano una sezione trasversale obliqua. Essi sono rivolti in entrambe le direzioni assiali di movimento dello stantuffo 18 (secondo la vista relativa al componente scorrevole 13). Essi formano ciascuno uno spazio anulare 36, 37, sul quale agisce la pressione presente su quel lato dell'anello 31 di stantuffo. Questa pressione determina un'aderenza dei labbri 34, 35 di tenuta, con una forza relativamente grande, contro la faccia complementare 30 di tenuta, e quindi contribuisce a realizzare un soddisfacente effetto di tenuta ermetica.

Nella rappresentazione della Figura 4, l'anello 31 di stantuffo è del tipo in un solo pezzo. Nella Figura 5 è mostrata una forma di attuazione modificata, nella quale l'anello di stantuffo è realizzato come un insieme 31',, e comprende due identici anelli 38 a labbro, i quali sono disposti con le facce rivolte in direzioni opposte sullo stantuffo. In questo particolare caso, gli anelli 38 a labbro presentano non solo i labbri 34 di tenuta, ma anche una superficie 39 di supporto radiale. Questa superficie 39 di supporto radiale è la superficie periferica di un anello 40.

I due anelli 38 a labbro sono disposti adiacenti in corrispondenza ai loro anelli 40. Mediante la superficie 39 di supporto, l'insieme 31' dell'anello di stantuffo è protetto contro i carichi laterali.

Nelle Figure 8 e 9 sono mostrate delle forme alternative dell'anello di stantuffo. Qui la guarnizione di tenuta ha la forma di un anello diviso (fascia elastica) 47, 48 di stantuffo. Questo anello 47, 48 di stantuffo è spinto verso il- basso e contro il gradino 32 per effetto della pressione entrante, e nello stesso tempo esso subisce una dilatazione radiale. Questa soluzione è molto economica. Poiché il componente scorrevole 13 è condotto con un certo gioco nella guida 14, si può avere una leggera alterazione di allineamento angolare del componente scorrevole 13 rispetto all'asse 7. Per assicurare che lo stantuffo 18 rimanga allineato rispetto al componente scorrevole 13, il sostegno 29 dello stantuffo (Figura 6) è montato su un alberino 41. Questo alberino 41 è regolabile nella struttura 5 d'involucro, ossia la sua posizione assiale (rispetto all'asse 7) può essere variata mediante una rotazione.

L'alberino 41 presenta una superficie conica od arrotondata 43 di appoggio, alla sua estremità fronteggiente il sostegno 29 dello stantuffo. Questo sostegno dello stantuffo presenta una corrispondente apertura 44 di alloggiamento alla sua estremità prospiciente l'alberino 41, per cui esso può subire una limitata inclinazione nei confronti dell'alberino 41. Qui però gli angoli di inclinazione sono molto piccoli.

Per assicurare una coesione assiale fra l'alberino 41 ed sostegno 29 dello stantuffo, l'alberino 41 presenta una scanalatura anulare 45 sotto la superficie 43 di appoggio. Una corrispondente scanalatura anulare 46 è provvista nella apertura 44. Una rondella elastica può essere allora inserita entro la scanalatura anulare 45. Quando l'alberino 41 viene inserito nel sostegno 29 dello stantuffo, questa rondella elastica viene compressa da una superficie inclinata nell'apertura di entrata del sostegno 29 dello stantuffo, e la stessa rondella elastica si blocca allora nella scanalatura 46. Qui la rondella elastica non è rappresentata. Se la rondella elastica presenta un piccolo gioco assiale in almeno una delle due scanalature anulari 45, 46, questa connessione consente allora una certa mobilità per l'inclinazione. D'altro canto, essa è in grado di assorbire non solo le forze di compressione, ma anche le forze di trazione. Queste forze di trazione potrebbero manifestarsi ad esempio quando il fluido in pressione proveniente dalla seconda apertura 3 passa sotto il sostegno 29 dello stantuffo.

Nella Figura 10 è mostrato un altro esempio pratico di una valvola 101 di espansione. Le parti identiche a quelle rappresentate nella Figura 1 sono state indicate con gli stessi numeri di riferimento. Le parti di tipo corrispondente sono indicate con numeri di riferimento accresciuti di 100.

In questa forma costruttiva, l'equilibrio delle forze sul componente-scorrevole 113, che è analogamente condotto con un certo gioco nella guida 114, viene ottenuto in modo differente.

Il componente scorrevole 113 è collegato mediante un'asta 49 ad uno stantuffo 50, che.è disposto entro un cilindro 51 nella struttura 105 d'involucro, in posizione coassiale rispetto all'asse 7. Lo stantuffo 50 può essere chiuso a tenuta ermetica, nei confronti del cilindro 51, nello stesso modo già illustrato nelle Figure 4 e 5. Tanto lo stantuffo 50 quanto l'asta 49 presentano un canale 115, attraversante i medesimi. Il componente scorrevole 113 è aperto verso il basso, ossia esso è aperto sul lato distante dalla sede valvolare 4.

In questo esempio pratico, la pressione nella prima apertura 2 agisce sull'elemento valvolare 106, nella zona che non è coperta dalla sede valvolare 4. Lo stantuffo 50 ha un'area in sezione trasversale con la stessa grandezza. Pertanto la pressione nella prima apertura 2 agisce sullo stantuffo 50, però qui nella direzione opposta. Nei confronti della pressione nella prima apertura 2, il componente scorrevole 113 si trova in un equilibrio di forze con lo stantuffo 50.

La pressione nella seconda apertura 3 agisce da un lato sulla superficie anulare 23 all'esterno della sede valvolare 4. Poiché questa pressione è in grado di propagarsi oltre il componente scorrevole 113, sul lato inferiore dello stesso componente scorrevole 113, essa agisce nella direzione opposta sulla intera area in sezione trasversale di questo componente scorrevole 113. Essa nondimeno si propaga anche attraverso il canale 115 verso il lato superiore dello stantuffo 50, per cui la pressione nella seconda apertura 3 agisce anche verso il basso sulla intera area in sezione trasversale (area dello stantuffo 50 superficie anulare 23). Di conseguenza, il componente scorrevole 113 si trova pure in equilibrio nei confronti della pressione nella seconda apertura 3.

La molla 10 di ripristino (per la possibilità di inclinazione del componente scorrevole 113) è sostenuta con possibilità di movimento angolare sull'alberino 141. La tensione della molla 10 di ripristino può variare in modo corrispondente.

Nella Figura 11 è mostrato un terzo esempio pratico di una valvola 201 di espansione, nella quale le parti identiche a quelle della Figura 1 sono state indicate con gli stessi numeri di riferimento, mentre le parti corrispondenti sono indicate con numeri di riferimento accresciuti di 200.

La forma della struttura 5 d'involucro corrisponde a quella della Figura 1.

Il componente scorrevole 213 è condotto con un certo gioco nella guida 214. Una parte 52 d'inserto, che racchiude la camera 216 a pressione, è però avvitata in questa guida 214. La molla 10 di ripristino è disposta nella camera 216 a pressione, in èffetti però in modo che anche qui essa possa essere regolata mediante un alberino 241, che porta un anello 218 di supporto.

Il canale 215 si estende sulla lunghezza del componente scorrevole 213. Questo componente scorrevole si protende con la sua estremità inferiore nella forma di uno stantuffo 218 entro la parte 52 d'inserto. Questo stantuffo 218 può essere chiuso a tenuta ermetica, nei confronti della parte 52 d'inserto, nello stesso modo già illustrato nelle Figure 4 e 5.

In questa forma costruttiva, la pressione dalla prima apertura 2 è in grado di agire da un lato su una superficie 21 dell'elemento valvolare 206, che non è coperto dalla sede valvolare 4. La pressione può propagarsi lungo il canale 215 verso l'opposta faccia di estremità del componente scorrevole 213. Qui è disponibile una superficie 20 della stessa grandezza, per cui il componente scorrevole 213 si trova in equilibrio rispetto alla pressione nella prima apertura 2.

La pressione nella seconda apertura 2 può procedere oltre il componente scorrevole 213 verso il lato inferiore 22, che si trova al di là dello stantuffo. Sul lato superiore 23, che ha la stessa grandezza, la pressione nella seconda apertura 3 agisce nella direzione opposta. Di conseguenza, il componente scorrevole 213 si trova pure in equilibrio rispetto alla pressione nella seconda apertura 3.

In tutti gli esempi pratici, il percorso oltrepassante il componente scorrevole può essere realizzato in modo diverso da un certo gioco nella guida. Il componente scorrevole può anche presentare un appiattimento su un lato, oppure in diversi luoghi, oppure può essere provvisto di scanalature assiali. Naturalmente la guida può anche essere provvista di corrispondenti rientranze.

La condizione di equilibrio si verifica non solo, com'è stato spiegato, nello stato di chiusura della valvola di espansione. Quando l'elemento valvolare si solleva dalla sede valvolare, si manifestano altre pressioni alle pertinenti superfici 20 ÷ 23, però sulle superfici agenti in direzioni opposte queste pressioni presentano virtualmente ancora una identica grandezza, e quindi anche con la valvola aperta sussiste uno stato di equilibrio per le forze.

Claims (28)

1. RIVENDICAZIONI Ί. Valvola di espansione, avente un elemento valvolare, il quale coopera con una sede valvolare situata fra una prima apertura ed una seconda apertura in una struttura d'involucro, ed è spostabile mediante un dispositivo operatore in una direzione, e mediante un dispositivo di ripristino nella direzione opposta, lungo il medesimo asse rispetto alla sede valvolare, caratterizzata dal fatto che l'elemento valvolare (6, 106, 206) è collegato ad una prima disposizione (20, 21) di superfici di pressione, la quale comprende delle prime superfici di pressione con dimensioni sostanzialmente uguali, agenti in direzioni opposte, sulle quali la pressione nella prima apertura (2) agisce quando la valvola è chiusa, e ad una seconda disposizione (22, 23) di superfici di pressione, che comprende delle seconde superfici di pressione con dimensioni sostanzialmente uguali, agenti in direzioni opposte, sulle quali agisce la pressione nella seconda apertura (3) quando la valvola è chiusa.
2. 2. Valvola di espansione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l'elemento valvolare (6, 106, 206) è connesso ad un componente scorrevole (13, 113, 213), che è guidato parallelamente all'asse (7).
3. 3. Valvola di espansione secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che la prima disposizione (20, 21) delle superfici di pressione e la seconda disposizione (22, 23) delle superfici di pressione sono separate l'una dall'altra mediante uno stantuffo (18, 118, 218) guidato con modalità di tenuta ermetica, ed a tale riguardo, durante il movimento dell'elemento valvolare (6, 106, 206), viene effettuato un movimento relativo fra lo stantuffo (18, 118, 218) ed una faccia complementare (30) di tenuta ermetica.
4. 4. Valvola di espansione secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che il componente scorrevole (13, 113, 213) è realizzato senza una guarnizione di tenuta rispetto alla struttura d'involucro della valvola.
5. 5. Valvola di espansione secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che il componente scorrevole (13, 113, 213) è guidato con un certo gioco nella struttura d'involucro.
6. 6. Valvola di espansione secondo una delle rivendicazioni 3 a 5, caratterizzata dal fatto che sullo stantuffo (18, 118, 218) è assicurata una guarnizione di tenuta, la quale è appoggiata contro la faccia complementare (30) di tenuta ermetica.
7. 7. Valvola di espansione secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che la guarnizione di tenuta ha la forma di un allestimento (31, 31') ad anello di stantuffo.
8. 8. Valvola di espansione secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che l'allestimento (31, 31') ad anello di stantuffo presenta almeno un labbro (34, 35) di tenuta, sottoposto ad un certo precarico in senso radiale verso l'esterno.
9. 9. Valvola di espansione secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che l'allestimento {31, 31') ad anello di stantuffo presenta due labbri (34, 35) di tenuta, orientati in direzioni opposte.
10. 10. Valvola di espansione secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che i labbri {34, 35) di tenuta sono disposti su due anelli (38) a labbro, i quali sono identici ma installati in direzioni differenti.
11. 11. Valvola di espansione secondo la rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che gli anelli (38.) a labbro hanno delle superfici (39) di supporto radiali.
12. 12. Valvola di espansione secondo la rivendicazione 11, caratterizzata dal fatto che le superfici (39) dì supporto sono formate su anelli (40), sulle cui facce di estremità gli anelli (38) a labbro giacciono sovrapposti l'uno sull'altro.
13. 13. Valvola di espansione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 9 a 12, caratterizzata dal fatto che insieme allo stantuffo (18), i labbri (34, 35) di tenuta formano delle tasche anulari (36, 37), che sono aperte nella direzione di movimento.
14. 14. Valvola di espansione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 7 a 13, caratterizzata dal fatto che 1' allestimento (31).ad anello di stantuffo è sostenuto da un disco (33) di ritegno.
15. 15. Valvola di espansione secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che 1'allestimento ad anello di stantuffo comprende un anello (47, 48) di stantuffo diviso in senso perimetrale.
16. 16. Valvola di espansione secondo la rivendicazione 15, caratterizzata dal fatto che l'anello (47, 48) di stantuffo si dilata in senso radiale sotto pressione.
17. 17. Valvola di espansione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2 a 16, caratterizzata dal fatto che il componente scorrevole (13, 113, 213) è guidato nella struttura (14, 114, 214) d'involucro, in modo da formare un percorso di egualizzazione della pressione, che è in comunicazione con la seconda apertura (2).
18. 18. Valvola di espansione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2 a 17, caratterizzata dal fatto che lo stantuffo (18) è sistemato in modo fisso nella struttura (5) d'involucro, e si protende nel componente scorrevole (13), ed in tali condizioni lo stantuffo (18) delimita nel componente scorrevole (13) una camera (6) a pressione, che si pone in comunicazione con la prima apertura (2) quando la valvola è chiusa.
19. 19. Valvola di espansione secondo la rivendicazione 18, caratterizzata dal fatto che lo stantuffo (18) è sostenuto attraverso una disposizione (43) a superficie di articolazione contro un alberino (41).
20. 20. Valvola di espansione secondo la rivendicazione 19, caratterizzata dal fatto che la connessione fra lo stantuffo (18) e l'alberino (41) è in grado di assorbire le forze di trazione e di compressione.
21. 21. Valvola di espansione secondo la rivendicazione 20,. caratterizzata dal fatto che la connessione è formata da una rondella elastica, la quale è inserita entro uno spazio anulare, che è racchiuso da una prima scanalatura anulare (46) sullo stantuffo (18), e da una seconda scanalatura anulare (45) sull'alberino (41).
22. 22. Valvola di espansione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 18 a 21, caratterizzata dal fatto che il componente scorrevole (13) ha la forma di una tazza cilindrica, alla cui estremità chiusa è disposto l'elemento valvolare (6).
23. 23. Valvola di .espansione secondo la rivendicazione 22, caratterizzata dal fatto che un cilindro cavo (17), che insieme allo stantuffo (18) delimita la camera (16) a pressione, è inserito nella tazza.
24. 24. Valvola di espansione secondo la rivendicazione 23, caratterizzata dal fatto che la parete esterna del cilindro cavo (17), e la parete interna della tazza, formano uno spazio anulare (42), nel quale è sistemata una molla (10) di ripristino.
25. 25. Valvola di espansione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2 a 17, caratterizzata dal fatto che lo stantuffo (50) è disposto sul componente scorrevole (113), e presenta un canale (115) che lo attraversa in senso parallelo alla direzione di movimento.
26. 26. Valvola di espansione secondo la rivendicazione 25, caratterizzata dal fatto che lo stantuffo (50) è disposto sull'altro lato della sede valvolare (4) rispetto al componente scorrevole (113), ed è collegato con questo componente scorrevole (113) mediante un'asta (49).
27. 27. Valvola di espansione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2 a 17, caratterizzata dal fatto che lo stantuffo (218) è sistemato sul medesimo lato della sede valvolare (4), come il componente scorrevole (213), ed in una guida (52) ricavata nella struttura d'involucro.
28. 28. Valvola di espansione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2 a 27, caratterizzata dal fatto che l'elemento valvolare (6, 106, 206) è realizzato in un solo pezzo con il componente scorrevole (13, 113, 213).