ITUB201557738U1

ITUB201557738U1 - VALVE.

Info

Publication number: ITUB201557738U1
Application number: ITUB2015U057738U
Authority: IT
Inventors: Valerio Cristiano Ciriani
Original assignee: Italmagneti S R L
Priority date: 2015-07-24
Filing date: 2015-07-24
Publication date: 2017-01-24

Description

ELETTROVALVOLA SOLENOID VALVE

Il presente trovato si riferisce a una elettrovalvola particolarmente ma non esclusivamente impiegata nel settore automotive o in quello della distribuzione del gas o ancora nel settore alimentare per la produzione o confezionamento di cibi o bevande. The present invention refers to an electrovalve particularly but not exclusively used in the automotive sector or in the gas distribution sector or in the food sector for the production or packaging of food or drinks.

Come è noto, le elettrovalvole sono dispositivi di regolazione di un circuito fluidodinamico comandati da un attuatore lineare elettrico. Le elettrovalvole, dunque, sono in grado di mettere in collegamento fluidico due o più condotti mediante un otturatore che viene movimentato a occludere la bocca di uno dei condotti da collegare grazie all’azione dell’attuatore. Sono noti, in particolare, gli attuatori lineari elettromagnetici che comprendono un nucleo fisso a tenuta stagna, solitamente realizzato in materiale ferromagnetico, attorno al quale è avvolto un solenoide. All’interno del nucleo fisso è realizzato un vano in cui viene alloggiato scorrevolmente un cursore lineare vincolato generalmente al nucleo fisso mediante un elemento di richiamo, come ad esempio una molla. As is known, solenoid valves are devices for regulating a fluid-dynamic circuit controlled by an electric linear actuator. The solenoid valves, therefore, are able to put two or more ducts in fluidic connection by means of a shutter that is moved to occlude the mouth of one of the ducts to be connected thanks to the action of the actuator. In particular, electromagnetic linear actuators are known which comprise a fixed watertight core, usually made of ferromagnetic material, around which a solenoid is wound. Inside the fixed core there is a compartment in which a linear cursor is slidably housed, generally bound to the fixed core by means of a return element, such as a spring.

In particolare, il cursore lineare è predisposto per muoversi per effetto dell’eccitazione del solenoide associato al nucleo fisso. La movimentazione del cursore lineare causa direttamente o indirettamente la movimentazione dell’otturatore per occludere o liberare una delle bocche dei condotti da collegare fluidicamente. In particular, the linear cursor is designed to move due to the excitation of the solenoid associated with the fixed core. The movement of the linear cursor directly or indirectly causes the movement of the shutter to occlude or free one of the mouths of the ducts to be connected fluidly.

Per alcune applicazioni è richiesto che siano realizzate in materiale speciale le parti della elettrovalvola che contengono rispetto all’ambiente il fluido che da essa è controllato. For some applications it is required that the parts of the solenoid valve that contain the fluid that is controlled by it are made of special material.

Questo è il caso in cui, ad esempio, il fluido di lavoro è l’idrogeno impiegato nel settore automotive che, secondo le normative di riferimento vigenti, deve essere separato dall’atmosfera esterna mediante uno strato di acciaio inossidabile opportuno, in particolare del tipo AISI 316, strutturato per resistere a pressioni di lavoro superiori a 350 bar. Con tale nota soluzione è realizzato, in materiale compatibile con il fluido, il corpo della valvola attraversato dai condotti di ingresso e uscita del fluido e il nucleo fisso: tuttavia tale materiale, come l’acciaio inossidabile della serie AISI 316, è sostanzialmente amagnetico, presentando una permeabilità magnetica relativa intorno a 1,01. This is the case in which, for example, the working fluid is hydrogen used in the automotive sector which, according to the reference standards in force, must be separated from the external atmosphere by means of a suitable stainless steel layer, in particular of the type AISI 316, structured to withstand working pressures above 350 bar. With this known solution, the valve body crossed by the fluid inlet and outlet ducts and the fixed core are made of material compatible with the fluid: however this material, like the stainless steel of the AISI 316 series, is substantially non-magnetic, presenting a relative magnetic permeability around 1.01.

Per questo motivo, l’attuatore risulta avere un rendimento energetico molto basso, considerato lo spessore del nucleo fisso imposto dalla resistenza meccanica ad esso richiesta: pertanto, l’azionamento elettromagnetico del cursore lineare risulta poco efficiente. For this reason, the actuator has a very low energy efficiency, considering the thickness of the fixed core imposed by the mechanical resistance required: therefore, the electromagnetic drive of the linear cursor is not very efficient.

Scopo del presente trovato è quello di ovviare agli inconvenienti sopra menzionati e, in particolare, quello di ideare una elettrovalvola ad elevato rendimento che sia compatibile con quei fluidi incompatibili con i materiali ferromagnetici. The purpose of the present invention is to obviate the aforementioned drawbacks and, in particular, to devise a high efficiency solenoid valve which is compatible with those fluids incompatible with ferromagnetic materials.

Questi e altri scopi secondo il presente trovato sono raggiunti realizzando una elettrovalvola come esposto nella rivendicazione 1. These and other purposes according to the present invention are achieved by realizing a solenoid valve as set forth in claim 1.

Ulteriori caratteristiche dell’elettrovalvola sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti. Further characteristics of the solenoid valve are the subject of the dependent claims.

Le caratteristiche e i vantaggi di una elettrovalvola secondo il presente trovato risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali: The characteristics and advantages of a solenoid valve according to the present invention will become more evident from the following, exemplary and non-limiting description, referring to the attached schematic drawings in which:

- la figura 1 è una vista in sezione di una elettrovalvola secondo il presente trovato in una prima posizione operativa; Figure 1 is a sectional view of a solenoid valve according to the present invention in a first operative position;

- la figura 2 è una vista in sezione dell’elettrovalvola di figura 1 in una seconda posizione operativa. - Figure 2 is a sectional view of the solenoid valve of Figure 1 in a second operating position.

Con riferimento alle figure, viene mostrata una elettrovalvola complessivamente indicata con 10. With reference to the figures, a solenoid valve indicated as a whole with 10 is shown.

Tale elettrovalvola 10 comprende un corpo principale 30 che definisce una bocca di ingresso 31 e una bocca di uscita 32 di un fluido di lavoro, un otturatore 19 mobile tra una posizione di chiusura, in cui la bocca di uscita 32 non è in collegamento fluidico con la bocca di ingresso 31, e una posizione di apertura, in cui la bocca di uscita 32 è in collegamento fluidico con la bocca di ingresso 31, e un attuatore lineare elettromagnetico. This solenoid valve 10 comprises a main body 30 which defines an inlet 31 and an outlet 32 of a working fluid, a shutter 19 movable between a closed position, in which the outlet 32 is not in fluidic connection with the inlet port 31, and an open position, in which the outlet port 32 is in fluidic connection with the inlet port 31, and an electromagnetic linear actuator.

Come visibile nelle figure 1 e 2, l’attuatore lineare elettromagnetico comprende un nucleo fisso 11 in materiale ferromagnetico accoppiato al corpo principale 30 mediante preferibilmente un accoppiamento di tipo vite/madrevite. Più in generale, tale accoppiamento può essere di un qualsiasi tipo. As visible in Figures 1 and 2, the electromagnetic linear actuator comprises a fixed core 11 in ferromagnetic material coupled to the main body 30 preferably by means of a screw / nut screw type coupling. More generally, this coupling can be of any type.

Possono essere vantaggiosamente previsti mezzi di tenuta 13 tra il nucleo fisso 11 e il corpo principale 30 dell’elettrovalvola, come ad esempio gli anelli di tenuta (O-ring) illustrati. Sealing means 13 can be advantageously provided between the fixed core 11 and the main body 30 of the solenoid valve, such as the illustrated sealing rings (O-rings).

Il nucleo fisso 11 è realizzato in modo tale da presentare un vano cilindrico 14. The fixed core 11 is made in such a way as to have a cylindrical compartment 14.

Nella particolare forma di realizzazione illustrata, il vano 14 si affaccia alle bocche di ingresso 31 e di uscita 32. In the particular embodiment illustrated, the compartment 14 faces the inlet 31 and outlet 32.

In tale vano 14 è alloggiato scorrevolmente un cursore lineare 15 cooperante con l’otturatore. A linear cursor 15 cooperating with the shutter is slidably housed in this compartment 14.

Tale cursore lineare 15 è, in particolare, associato all’estremità del vano 14 opposta alla bocca di uscita 32 mediante un elemento di richiamo 16 preferibilmente elastico, come ad esempio una molla. This linear cursor 15 is, in particular, associated with the end of the compartment 14 opposite the outlet 32 by means of a preferably elastic return element 16, such as a spring.

Il cursore lineare 15 comprende, in dettaglio, un primo condotto 17 che si estende per tutta la sua lunghezza e può vantaggiosamente presentare una porzione di restringimento 18 sulla quale è vincolato l’elemento di richiamo 16. The linear cursor 15 comprises, in detail, a first duct 17 which extends along its entire length and can advantageously have a narrowing portion 18 on which the return element 16 is constrained.

L’elemento di richiamo 16 è, dunque, vincolato ad una prima estremità a una parete del vano 14 e ad una seconda estremità al cursore lineare 15. The return element 16 is, therefore, bound at a first end to a wall of the compartment 14 and at a second end to the linear cursor 15.

Il cursore lineare 15 è preferibilmente appoggiato sull’otturatore 19, il quale è provvisto di un secondo condotto 20 in posizione corrispondente al primo condotto 17. The linear cursor 15 is preferably rested on the shutter 19, which is provided with a second duct 20 in a position corresponding to the first duct 17.

Il cursore lineare 15 è, inoltre, preferibilmente accoppiato a un elemento di tenuta 21, ad esempio un gommino, interposto tra la porzione terminale del primo condotto 17 e il secondo condotto 20. The linear slider 15 is also preferably coupled to a sealing element 21, for example a rubber seal, interposed between the end portion of the first duct 17 and the second duct 20.

Attorno al nucleo fisso 11 per almeno una porzione della sua lunghezza è avvolto un solenoide 22 atto a essere alimentato da una sorgente elettrica e a generare un campo magnetico tale da movimentare il cursore lineare 15. Il solenoide 22 può essere confinato, come illustrato nelle figure 1 e 2, tra una porzione sporgente 23 del nucleo fisso 11 e un elemento di bloccaggio 24 accoppiato al nucleo fisso 11, come ad esempio un dado di bloccaggio accoppiato mediante un accoppiamento del tipo vite/madrevite al nucleo fisso 11. A solenoid 22 is wound around the fixed core 11 for at least a portion of its length and is adapted to be powered by an electric source and to generate a magnetic field such as to move the linear cursor 15. The solenoid 22 can be confined, as illustrated in figures 1 and 2, between a protruding portion 23 of the fixed core 11 and a locking element 24 coupled to the fixed core 11, such as for example a locking nut coupled by means of a coupling of the screw / nut screw type to the fixed core 11.

Il cursore lineare 15, quindi, è predisposto per passare traslando da una posizione di riposo a una posizione di lavoro per effetto dell’eccitazione del solenoide 22 associato al nucleo fisso 11. Le posizioni di riposo e di lavoro possono corrispondere rispettivamente alla posizione di chiusura e alla posizione di apertura dell’otturatore 19 o viceversa, a seconda che l’elettrovalvola 10 debba essere normalmente chiusa oppure normalmente aperta. Nel particolare caso illustrato in figura 1, la posizione di riposo del cursore lineare 15 corrisponde alla posizione di chiusura dell’otturatore 19 che occlude la bocca di uscita 32. The linear cursor 15, therefore, is predisposed to pass translating from a rest position to a working position due to the excitation of the solenoid 22 associated with the fixed core 11. The rest and working positions can correspond respectively to the closed position and to the opening position of the shutter 19 or vice versa, depending on whether the solenoid valve 10 is to be normally closed or normally open. In the particular case illustrated in Figure 1, the rest position of the linear cursor 15 corresponds to the closing position of the shutter 19 which occludes the outlet 32.

Il cursore lineare 15, inoltre, è dimensionato in modo tale da definire un terzo condotto 26 che, quando il cursore 15 è in posizione di riposo, consente il collegamento fluidico tra la bocca di ingresso 31 e il primo condotto 16. The linear slider 15, moreover, is dimensioned in such a way as to define a third duct 26 which, when the slider 15 is in the rest position, allows the fluidic connection between the inlet 31 and the first duct 16.

Il terzo condotto 26, in particolare, come è possibile osservare nelle figure 1 e 2, ha una sezione inferiore rispetto a quella del secondo condotto 20. The third duct 26, in particular, as can be seen in Figures 1 and 2, has a smaller section than that of the second duct 20.

Quando il cursore lineare 15 è in posizione di riposo, quindi, il fluido proveniente dalla bocca di ingresso 31 invade il primo condotto 17 e preme contro l’elemento di tenuta 21 collaborando con l’elemento di richiamo 16 a mantenere l’otturatore 19 in occlusione della bocca di uscita 32. When the linear slider 15 is in the rest position, therefore, the fluid coming from the inlet 31 invades the first duct 17 and presses against the sealing element 21 collaborating with the return element 16 to keep the shutter 19 in occlusion of the outlet 32.

L’otturatore 19 presenta vantaggiosamente una superficie di appoggio per il cursore lineare 15 che ostacola il passaggio del fluido dal terzo condotto 26 al secondo condotto 20. The shutter 19 advantageously has a support surface for the linear cursor 15 which hinders the passage of fluid from the third duct 26 to the second duct 20.

Inoltre, l’otturatore 19 presenta una sezione di dimensioni sostanzialmente pari a quelle del cursore lineare 15 in corrispondenza della superficie di appoggio, andando poi a restringersi in corrispondenza della bocca di uscita 32. In addition, the shutter 19 has a section of dimensions substantially equal to those of the linear cursor 15 at the support surface, then shrinking at the outlet 32.

Quando il solenoide 22 viene eccitato, la forza magnetomotrice movimenta il cursore lineare 15 per portarlo in posizione di lavoro. When the solenoid 22 is energized, the magnetomotive force moves the linear cursor 15 to bring it into the working position.

Il cursore lineare 15, dunque, si muove comprimendo l’elemento di richiamo 16 e si solleva rispetto all’otturatore 19; a questo punto parte del fluido in pressione proveniente dalla bocca di ingresso 31 passa tra il cursore lineare 15 e l’otturatore 19 fino a trovare naturale sbocco nel secondo condotto 20. The linear cursor 15, therefore, moves by compressing the return element 16 and rises with respect to the shutter 19; at this point part of the pressurized fluid coming from the inlet 31 passes between the linear cursor 15 and the shutter 19 until it finds its natural outlet in the second duct 20.

Si determina uno sbilanciamento tra le pressioni tra l’imbocco del secondo condotto 20 e la bocca di uscita 32 che favorisce il sollevamento dell’otturatore 19 che libera la bocca di uscita 32 e definisce un altro collegamento fluidico tra bocca di ingresso 31 e bocca di uscita 32. An unbalance is determined between the pressures between the inlet of the second duct 20 and the outlet 32 which favors the lifting of the shutter 19 which frees the outlet 32 and defines another fluidic connection between inlet 31 and outlet. exit 32.

Secondo il presente trovato, le pareti del vano 14 destinate nell’uso a entrare in contatto con il fluido di lavoro sono rivestite da uno strato superficiale di rivestimento 25 in acciaio inossidabile compatibile con il fluido di lavoro avente uno spessore radiale inferiore a 1 millimetro, così che la forza magnetomotrice generata dal solenoide 22 resta sufficiente a movimentare il cursore lineare 15. According to the present invention, the walls of the compartment 14 intended for use to come into contact with the working fluid are coated with a surface layer 25 of stainless steel compatible with the working fluid having a radial thickness of less than 1 millimeter, so that the magnetomotive force generated by the solenoid 22 remains sufficient to move the linear cursor 15.

Per acciaio inossidabile compatibile con il fluido di lavoro si intende l’acciaio inossidabile che, secondo le normative di riferimento, deve essere interposto tra il fluido di lavoro, ad esempio idrogeno, e l’esterno dell’elettrovalvola 10. By stainless steel compatible with the working fluid we mean stainless steel which, according to the reference standards, must be interposed between the working fluid, for example hydrogen, and the outside of the solenoid valve 10.

Preferibilmente, tale acciaio inossidabile è della serie AISI 316. Preferably, this stainless steel is of the AISI 316 series.

Preferibilmente, lo strato di rivestimento 25 è assemblato in modo inamovibile all’interno del nucleo fisso 11. Preferably, the coating layer 25 is fixedly assembled inside the fixed core 11.

Preferibilmente, lo spessore radiale dello strato di rivestimento 25 è inferiore a pochi decimi di millimetro, ad esempio inferiore a 5 decimi di millimetro. Preferably, the radial thickness of the coating layer 25 is less than a few tenths of a millimeter, for example less than 5 tenths of a millimeter.

Come detto inizialmente, a seguito della necessità di garantire all’insieme una congrua resistenza meccanica alle elevate pressioni possibili al suo interno, la combinazione acciaio inossidabile inserito solidalmente e in modo inamovibile entro il nucleo fisso 11 e dimensionato con opportuno spessore consente di ottenere la necessaria resistenza richiesta dalla utilizzazione. As initially said, following the need to guarantee the assembly an adequate mechanical resistance to the high pressures possible inside it, the combination of stainless steel, inserted integrally and in a non-removable way within the fixed core 11 and dimensioned with an appropriate thickness, allows to obtain the necessary resistance required by use.

Dalla descrizione effettuata sono chiare le caratteristiche dell’elettrovalvola oggetto del presente trovato, così come sono chiari i relativi vantaggi. From the description given, the characteristics of the solenoid valve object of the present invention are clear, as are the relative advantages.

Infatti, lo strato superficiale di rivestimento in acciaio inossidabile compatibile con il fluido di lavoro consente di utilizzare l’elettrovalvola anche nei casi in cui il fluido di lavoro non può entrare in contatto con il materiale ferromagnetico del nucleo fisso. In fact, the surface layer of stainless steel coating compatible with the working fluid allows the solenoid valve to be used even in cases where the working fluid cannot come into contact with the ferromagnetic material of the fixed core.

Al tempo stesso, tale strato superficiale di rivestimento non influisce negativamente sulle prestazioni dell’attuatore, in quanto lo spessore è tale che la forza magnetomotrice generata dal solenoide resta sufficientemente elevata per consentire l’apertura o la chiusura dell’elettrovalvola. At the same time, this surface layer of coating does not adversely affect the performance of the actuator, as the thickness is such that the magnetomotive force generated by the solenoid remains high enough to allow the opening or closing of the solenoid valve.

L’insieme consente di ottenere e garantire la necessaria resistenza meccanica statica e dinamica imposta dall’utilizzazione. The whole allows to obtain and guarantee the necessary static and dynamic mechanical resistance imposed by use.

È chiaro, infine, che l’elettrovalvola così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nel trovato; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche. Finally, it is clear that the solenoid valve thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the invention; furthermore, all the details can be replaced by technically equivalent elements. In practice, the materials used, as well as the dimensions, may be any according to the technical requirements.

Claims

CLAIMS 1) Solenoid valve to control a flow of fluid to be isolated from the environment with special material, including: - a main body (30) which defines an inlet (31) and an outlet (32) of a working fluid; - a shutter movable between a closed position, in which said outlet (32) is not in fluidic connection with said inlet (31), and an open position, in which said outlet (32) is in fluidic connection with said inlet port (31); - an electromagnetic linear actuator (10) with a fixed core (11) in ferromagnetic material coupled to said main body (30) having a cylindrical compartment (14), and a linear cursor (15) slidably housed in said cooperating compartment (14) with said shutter; - a solenoid (22) wound around the fixed core (11) for at least a portion of its length and able to be powered by an electric source and to generate a magnetic field such as to move said linear cursor (15) from a rest position to a working position corresponding respectively to the closed position and the open position of the shutter or vice versa; characterized in that the walls of said compartment (14) intended for use to come into contact with the working fluid are coated with a surface coating layer (25) in stainless steel compatible with the working fluid having a lower radial thickness at 1 millimeter, so that the magnetomotive force generated by said solenoid (22) remains sufficient to move said linear cursor (15).

2) Solenoid valve (10) according to claim 1 in which said surface layer of coating (25) is in stainless steel of the AISI 316 series, fixedly assembled inside the fixed core (11).

3) Solenoid valve (10) according to claim 1 or 2 wherein said surface layer of coating (25) has a radial thickness of less than 5 tenths of a millimeter.