ITBS20090041A1 - Sistema termostatico a controllo elettronico per la miscelazione di acqua calda e fredda - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

“SISTEMA TERMOSTATICO A CONTROLLO ELETTRONICO PER

LA MISCELAZIONE DI ACQUA CALDA E FREDDA ”

Campo dell’Invenzione

La presente invenzione riguarda, in generale, il settore della rubinetteria e concerne, in particolare, un sistema di miscelazione di acqua calda e fredda con regolazione della temperatura e della portata dell’acqua.

Stato della Tecnica

L’uso di valvole miscelatrici come dispositivi preposti alla miscelazione di almeno due sostanze fluide è ormai ben noto e diffuso.

In particolare, nel settore della rubinetteria una valvola miscelatrice è impiegata per miscelare due tipi di acqua provenienti da due diverse reti di distribuzione, tipicamente acqua calda e acqua fredda, e per fornire in uscita solo acqua calda, solo acqua fredda, o meglio acqua miscelata ad una temperatura desiderata, che può essere pre-impostata. Tali valvole miscelatrici possono essere sia di tipo manuale, con le quali è l’utente stesso che agendo su una leva di comando può allora impostare a volontà la temperatura e flusso dell’acqua in uscita, sia del genere termostatate, nelle quali un sistema termostatico provvedere a mantenere automaticamente la temperatura dell’acqua erogata pressoché costante indipendentemente dalla temperature delle due acque calda e fredda in entrata, variandone i rapporti di miscelazione tenendo anche conto che la portata di acqua può variare pure al variare della pressione di rete.

Usualmente, la regolazione della temperatura in questo secondo genere di valvole miscelatrici è controllata mediante dispositivi che includono un bulbo sensibile al calore il quale, dilatandosi e contraendosi al variare della temperatura del fluido transitante in una camera di miscelazione, provvede a variare, attraverso il movimento di un regolatore, i rapporti tra i flussi dei fluidi in entrata e conseguentemente la temperatura del fluido miscelato in uscita.

Vi sono anche dei modelli di valvole miscelatrici più evoluti con i quali, oltre a poter regolare la temperatura dell’acqua miscelata in uscita è anche possibile regolarne la portata. Le regolazioni di temperatura e portata vengono tuttavia effettuate in maniera manuale, agendo su manopole ed avendo come riferimento delle scale graduate su di esse riportate.

Il settore della rubinetteria si sta spostando verso, ed è comunque alla ricerca di, sistemi per la miscelazione di acqua calda e fredda con i quali le regolazioni possano essere gestite anche a distanza tramite bottoni ed eventualmente visualizzate su display e che devono essere necessariamente interfacciate con sistemi elettronici, mantenendo per di più e preferibilmente la possibilità anche di regolazioni manuali.

E in effetti, al riguardo già sono state proposte delle valvole termostatiche di tipo cosiddetto elettronico, che utilizzano come mezzo di regolazione una valvola tipo vitone azionata da un motore passopasso dove, però, quest’ultimo limita la sua azione al comando di un otturatore analogamente a quello che avviene in un sistema manuale.

Per esempio, poi, nel brevetto US 5231722, rientrante peraltro in un altro ambito applicativo, quello delle macchine per lavanderie, è stato proposto l’utilizzo di due elettrovalvole proporzionali distinte per un apporto separato di due fluidi con differenti valori di temperatura e destinati ad essere miscelati in una camera di miscelazione prima della loro erogazione in forma miscelata. Tali elettrovalvole sono pilotate da un controllore in risposta a dei segnali provenienti da un sensore di temperatura predisposto in associazione alla camera di miscelazione dei due fluidi.

Questo sistema di elettrovalvole proporzionali, però, non appare essere mai stato adottato nell’ambito della rubinetteria per impianti idro-sanitari. Inoltre, esso è previsto solo per un controllo della temperatura del fluido già miscelato e per causare una variazione della portata dei fluidi in entrata solo sulla base di questo dato, senza tener conto dei tempi di reazione delle elettrovalvole per intervenire e regolare tempestivamente anche le portate/rapporti di fluidi in entrata.

Un tale sistema, comunque, non appare nemmeno idoneo a sottostare alle più stringenti normative internazionali in materia di erogazione di acqua calda nelle apparecchiature sanitarie e simili, negli impianti di doccia in particolare. Queste normative, infatti, prevedono tempi di risposta ad eventuali inconvenienti in un impianto idrico molto stretti. Per esempio, se viene a mancare l’acqua fredda o la portata di quest’acqua si riduce notevolmente, l’utente potrebbe ustionarsi con l’acqua calda erogata da sola per cui il sistema di sicurezza deve rispondere prontamente. Da qui la necessità di un intervento tempestivo per interrompere l’erogazione di acqua o ripristinare normali condizioni di funzionamento.

Scopi e Sommario dell’Invenzione

Scopo della presente invenzione è, da un lato, di aderire alle attuali richieste di mercato in materia di sistemi di miscelazione di acqua calda e fredda controllabili elettronicamente e, d’altro lato, proporre un sistema miscelazione di acqua calda e fredda per rubinetteria capace di regolare effettivamente temperatura e portata dei due tipi di acqua di partenza, sia prima sia dopo la sua miscelazione, per mantenere effettivamente costante la temperatura dell’acqua miscelata erogata.

Un altro scopo è di proporre un sistema di miscelazione di due fluidi automatico e controllato elettronicamente, in grado di rispondere istantaneamente alle variazioni di temperatura dei due tipi di acqua calda e fredda al variare della portata o della temperatura dei fluidi in entrata e di funzionare anche in assenza di un’alimentazione elettrica da rete.

Detti scopi sono raggiunti con un sistema termostatico di miscelazione di acqua calda e fredda nel campo della rubinetteria secondo la rivendicazione 1 e quindi usufruendo di sensori di temperatura e di portata in connessione con un microprocessore configurato per ricevere i segnali provenienti da detti sensori e comandare due elettrovalvole proporzionali per controllare i flussi d’acqua calda da miscelare.

In pratica il sistema dell’invenzione è diretto a mantenere costante la temperatura dell’acqua miscelata erogata:

sia al variare delle temperatura dell’una e/o dell’altra delle due acque in ingresso (dovuta per esempio, nel caso dell’acqua calda, all’accensione discontinua di un sistema di riscaldamento e, nel caso dell’acqua fredda, alle condizioni climatiche ambientali),

sia al variare della pressione in ingresso dell’una e/o dell’altra delle due acque (dovuta per esempio all’apertura di un altro rubinetto all’interno di un circuito idraulico),

per trovare un punto di equilibrio dei due flussi d’acqua che corrisponda effettivamente alla temperatura desiderata e impostata e per mantenere nel tempo questo equilibrio.

Il sistema dell’invenzione è fonte di numerosi vantaggi che si possono riassumere almeno in:

facilità di installazione e di personalizzazione in relazione agli utilizzi;

facilità di regolazione e stabilità nel tempo nella miscelazione di due fluidi e nella temperatura del fluido miscelato erogato;

maggior volume di acqua erogata in meno spazio;

minor usura nel tempo, non abbisognando di componenti in materiali soggetti a deterioramento con l’uso, come ceramica, plastica e simili;

maggior praticità d’uso per diversamente abili; miglioramento estetico;

facilità di gestione con altri apparecchi elettronici, come telefoni, telecomandi, computer, ecc.; nonché

nella possibilità di usare il sistema termostatico sia in relazione ad ogni singolo rubinetto, sia come dispositivo “centralizzato” a servizio di tutti gli apparecchi sanitari, per esempio, nell’ambito di un bagno.

Breve descrizione dei Disegni

L’invenzione sarà peraltro illustrata più in dettaglio nella descrizione che segue fatta con riferimento agli allegati disegni indicativi e non limitativi, nei quali:

la Fig. 1 è uno schema idraulico di massima del sistema di miscelazione includente un gruppo di miscelazione termostatico elettronico;

la Fig.2 è uno schema funzionale del gruppo termostatico in Fig. 1 completo di un’elettrovalvola di uscita, bistabile o non;

la Fig. 3 mostra una vista di un’eventuale valvola deviatrice a più vie da utilizzarsi in combinazione con il gruppo di miscelazione in Fig.2; e la Fig. 4 è uno schema come in Fig. 2, ma implementato per la distribuzione di acqua miscelata verso più utilizzi.

Descrizione Dettagliata dell’Invenzione

Secondo lo schema idraulico in Fig. 1, il sistema di miscelazione qui proposto comprende un gruppo termostatico elettronico 11 avente un ingresso 12 collegato ad un condotto di apporto di acqua calda, un ingresso 13 collegato ad un condotto di apporto di acqua fredda ed un’uscita 14 di acqua calda, fredda o miscelata verso almeno un utilizzo ad una temperatura e una portata desiderate.

Come mostrato nelle Figg. 1 e 2, il gruppo termostatico elettronico 11 comprende essenzialmente due elettrovalvole proporzionali, rispettivamente 15, 15’, connesse, in entrata, agli ingressi dell’acqua calda 12 e dell’acqua fredda 13 e, in uscita, ad una camera di miscelazione 16 comunicante a sua volta con un eventuale mezzo di controllo della distribuzione dell’acqua miscelata verso uno o più utilizzi. Tra ognuna delle elettrovalvole 15, 15’ e la camera di miscelazione 16 sono previsti un flussimetro 18, 18’ ed un sensore di temperatura 19, 19’ destinati a rilevare, rispettivamente, la portata e la temperatura dell’acqua in uscita da dette elettrovalvole e ad emettere corrispondenti segnali elettrici. Pure all’uscita della camera di miscelazione 16 sono previsti un flussimetro 20 e un sensore di temperatura 21 destinati a rilevare portata e temperatura dell’acqua miscelata ed emettere corrispondenti segnali verso un’unità di gestione elettronica 22. Inoltre, sempre a valle della camera di miscelazione 16 potrà essere prevista un’elettrovalvola di sicurezza 115 per una chiusura di emergenza del sistema, per esempio nel caso di guasti alle elettrovalvole proporzionali.

Questa unità di gestione 22 include una scheda elettronica di controllo con sistemi di conversione A/D e un microprocessore che gestisce apertura e chiusura, parziale o totale, delle elettrovalvole 15, 15’, individualmente, in risposta ai segnali di portata e di temperatura provenienti dai flussimetri e dai sensori di temperatura associati a ciascuna elettrovalvola e all’uscita della camera di miscelazione.

Tale unità avrà anche mezzi, - quali bottoni e un eventuale display, non rappresentati - per potervi l’impostare e visualizzare i valori di portata e di temperatura dell’acqua miscelata desiderati.

In tal modo, ad ogni variazione di portata dell’acqua calda o dell’acqua fredda all’uscita di ogni elettrovalvola derivante da qualsiasi causa, l’unità di gestione 22, ovvero il microprocessore, interviene tempestivamente in risposta ai segnali provenienti dai flussimetri, regolando corrispondentemente apertura/chiusura dell’una e/o dell’altra elettrovalvola così da ripristinare e mantenere costanti i parametri di portata e temperatura dell’acqua miscelata erogata, attraverso una regolazione dei rapporti di miscelazione delle due acque.

Parimenti, e allo stesso scopo, l’unità di gestione interverrà a regolare apertura/chiusura delle elettrovalvole anche in risposta ai segnali di temperatura provenienti da ciascun sensore di temperatura.

Il sistema potrà essere integrato in un singolo corpo per facilitarne l’installazione in uso e, data la sua collocazione nell’ambito di docce, bagni o simili, esso dovrà essere predisposto per funzionare a bassa tensione di 9-12 Volt, ed essere dotato di una batteria tampone 23, che in caso di mancanza di un’alimentazione di rete, assicuri comunque un’autonomia di funzionamento, mantenendo aperte le elettrovalvole proporzionali almeno per un determinato periodo di tempo sufficiente a completare, per esempio, una doccia in corso.

Quanto all’eventuale mezzo di controllo dell’erogazione dell’acqua in uscita dal gruppo termostatico elettronico 11 verso gli utilizzi, quali possono essere un soffione di doccia, eventuali doccette laterali, getti massaggianti, ecc, nell’ambito di un cabina doccia, esso potrà essere costituito da un’elettrovalvola 17 bistabile o non come mostrato in Fig. 2, oppure da un deviatore di flusso 17’ –Fig. 3. Questo, per esempio, potrà avere un foro centrale 24 di ricezione dell’acqua miscelata in uscita dal gruppo termostatico e dei fori laterali 25 di mandata dell’acqua ad altrettanti utilizzi a mezzo di un deviatore interno – non rappresentato - comandato da una manopola 26 e configurato per mettere di volta involta in comunicazione il foro centrale con ognuno dei fori, selettivamente.

In alternativa, uno stesso gruppo termostatico elettronico 11 potrà essere adottato per la mandata dell’acqua a diversi apparecchi sanitari, quali un bagno 27, una doccia 28, un lavabo 29, un bidet 30 come mostrato nella Fig. 4, collegando all’uscita 14 del gruppo stesso altrettante elettrovalvole on/of 31 che si aprano su richiesta dell’utente tramite pulsanti, al momento di usare il sanitario.

Il sistema sopra descritto è stato riferito al controllo di due diverse caratteristiche di portata e temperatura di acqua calda e fredda da erogare anche in forma di miscela, ciò non toglie però che possa anche essere impiegato per rilevare e controllare miscelazione ed erogazione di altri fluidi sulla base di altre caratteristiche come, per esempio, pH, concentrazioni, colore, ecc, usufruendo di sensori 32, 33 di volta in volta appropriati in connessione con una relativa elettrovalvola 34,come mostrato in una parte della Fig. 4.

Claims (9)

1. “SISTEMA TERMOSTATICO A CONTROLLO ELETTRONICO PER LA MISCELAZIONE DI ACQUA CALDA E FREDDA” R I V E N D I C A Z I O N I 1. Sistema termostatico a controllo elettronico per la miscelazione di almeno due fluidi, in particolare acqua calda e acqua fredda, comprendente una prima elettrovalvola (15) collegata in entrata ad un condotto di apporto di acqua calda, una seconda elettrovalvola (15’) collegata in entrata ad un condotto di apporto di acqua fredda, ed una camera di miscelazione (16) destinata a ricevere in entrata l’acqua proveniente da entrambe le elettrovalvole e collegabile in uscita ad almeno un utilizzo da alimentare con acqua calda, acqua fredda o acqua miscelata, caratterizzato in ciò che tra ognuna delle elettrovalvole (15, 15’) e la camera di miscelazione (16) sono previsti un sensore di portata (18, 18’) ed un sensore di temperatura (19, 19’) destinati a rilevare, rispettivamente, la portata e la temperatura dell’acqua in uscita da ciascuna di dette elettrovalvole e ad emettere in retroazione corrispondenti segnali elettrici verso un’unità elettronica di gestione (22) configurata per pilotare apertura/chiusura di dette valvole individualmente in risposta ai segnali provenienti da detti sensori per variare i rapporti dell’acqua calda e fredda miscelata e per mantenere costante almeno la temperatura in uscita dalla camera di miscelazione.
2. 2. Sistema termostatico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato in ciò che anche all’uscita della camera di miscelazione sono previsti un sensore di portata (20) e un sensore di temperatura (21) anch’essi connessi all’unità di gestione elettronica (22).
3. 3. Sistema termostatico secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato in ciò che dette elettrovalvole sono elettrovalvole proporzionali ed ogni sensore di portata è un flussimetro.
4. 4. Sistema termostatico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato in ciò che l’unità elettronica di gestione comprende una scheda elettronica di controllo con sistemi di conversione A/D e un microprocessore che gestisce apertura e chiusura, parziale o totale, delle elettrovalvole proporzionali in risposta ai segnati di portata e di temperatura provenienti dai sensori a monte delle elettrovalvole e della camera di miscelazione, rispettivamente, detta unità comprendendo inoltre dei mezzi per memorizzare e visualizzare valori di portata e temperatura da impostare.
5. 5. Sistema termostatico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato in ciò che a valle della camera di miscelazione (16) può essere prevista un’elettrovalvola di sicurezza (115) per interrompere l’erogazione di acqua nei casi di guasto alle elettrovalvole proporzionali.
6. 6. Sistema termostatico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da una sorgente di alimentazione elettrica a bassa tensione comprendente almeno una batteria tampone.
7. 7. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di essere racchiuso in un contenitore per la sua installazione in uso e dotato di mezzi di connessione a una sorgente elettrica di alimentazione includente una batteria tampone e di mezzi di collegamento ai condotti di apporto di fluidi da miscelare e di mezzi di controllo della distribuzione del fluido in uscita
8. 8. Sistema termostatico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato in ciò che all’uscita della camera di miscelazione è collegato almeno un mezzo per un controllo della distribuzione dell’acqua a più utilizzi, detto mezzo potendo essere costituito da un’elettrovalvola o da un deviatore di flusso.
9. 9. Sistema termostatico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-7, caratterizzato in ciò che all’uscita della camera di miscelazione sono collegate due o più elettrovalvole predisposte e comandabili manualmente per un’erogazione selettiva dell’acqua da detta camera di miscelazione verso altrettanti utilizzi.