IT202300001803A1 - Sistema di mantenimento dell'isolamento elettrico di fluido di condizionamento - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
?SISTEMA DI MANTENIMENTO DELL'ISOLAMENTO ELETTRICO DI FLUIDO DI CONDIZIONAMENTO?
SETTORE TECNICO
La presente invenzione ? relativa ad un sistema di mantenimento dell?isolamento elettrico di un fluido di condizionamento.
La presente invenzione trova una sua applicazione preferita, bench? non esclusiva, nei sistemi di raffreddamento di dispositivi elettronici ad alta tensione per veicoli. A tale applicazione si far? riferimento nel seguito a titolo esemplificativo.
STATO DELL?ARTE NOTA
Al fine di diminuire le emissioni inquinanti, ? sempre pi? sentita l?esistenza di utilizzare sistemi di trazione almeno parzialmente elettrica quali sistemi ibridi, puramente elettronici o a idrogeno (cosiddetti veicoli fuel cell o a pila a combustibile).
In tali veicoli ? noto che i dispositivi elettrici quali le pile a combustibile, le macchine elettriche e i dispositivi di elettronica di potenza quali inverter e PDU (power distribution unit) necessitino di essere raffreddati (od eventualmente riscaldati) al fine di mantenere la loro temperatura in un intervallo di funzionamento ottimale.
Allo scopo sono noti differenti sistemi di condizionamento quali i sistemi di condizionamento a fluido. Tali sistemi comprendono un fluido di condizionamento che circola a contatto con una parete del dispositivo da condizionare asportandone calore, come noto.
Tali fluidi, essendo a contatto con dispositivi ad alta tensione hanno una elevata resistenza in modo da evitare il passaggio pericoloso di scariche nel fluido di condizionamento stesso e dunque verso altri sistemi veicolari con conseguenze potenzialmente catastrofiche.
Tuttavia, si ? notato, come illustrato in figura 1A che la resistenza di tale fluido di condizionamento tende a variare, in particolare a diminuire, nel tempo. A tal fine ? noto dover sostituire periodicamente il fluido di condizionamento per riportarlo al valore di resistenza ottimale o ripulire i filtri suddetti.
Tale operazione ? chiaramente una perdita notevole di tempo e dunque di conseguente aumento dei costi dovuti all?inattivit? del veicolo durante tale operazione.
La causa di tale fenomeno ? dovuta ad una ionizzazione, illustrata schematicamente in figura 1B, dove dal materiale del dispositivo elettrico vengono emessi nel flusso di fluido di condizionamento particelle cariche, altres? ioni o dipoli, che nel corso del tempo arricchiscono il fluido di condizionamento che diventa pi? e pi? conducibile, diminuendone la resistenza elettrica. In altra parte, tali particelle cariche possono essere generate da reazioni chimiche nel fluido di condizionamento o da altri elementi del sistema di condizionamento quali le condutture stesse gli scambiatori stessi.
Come detto, per il recupero di tali fluidi di condizionamento ? dunque noto dover sottoporre gli stessi a cicli di de-ionizzazione che risultano ovviamente particolarmente costosi.
Alternativamente ? noto utilizzare materiali che non portano a tale fenomeno, che risultano tuttavia estremamente costosi.
E? dunque sentita l?esigenza di mantenere l?isolamento elettrico del fluido di condizionamento per sistemi di condizionamento di dispositivi elettrici in veicoli a trazione almeno parzialmente elettrica o a idrogeno.
Scopo della presente invenzione ? soddisfare le esigenze sopra esposte in modo ottimizzato ed economico.
SOMMARIO DELL?INVENZIONE
Il suddetto scopo ? raggiunto da un sistema di mantenimento dell?isolamento elettrico di fluido di condizionamento come rivendicato nelle rivendicazioni allegate.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
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 ai disegni allegati nei quali:
? Figura 1A ? un diagramma illustrante la variazione di resistenza elettrica, in ordinata, rispetto al tempo, in ascissa, di un fluido di condizionamento secondo l?arte nota;
? Figura 1B ? uno schema illustrante una condizione di ionizzazione in un fluido di condizionamento secondo l?arte nota;
? Figura 2 ? una vista schematica di una prima forma di realizzazione di un sistema di mantenimento dell?isolamento elettrico secondo l?invenzione per un fluido di condizionamento;
? Figura 3 ? una vista schematica di una seconda forma di realizzazione di un sistema di mantenimento dell?isolamento elettrico secondo l?invenzione per un fluido di condizionamento;
? Figura 4 ? una vista schematica di una terza forma di realizzazione di un sistema di mantenimento dell?isolamento elettrico secondo l?invenzione per un fluido di condizionamento; e
? Figure 5A e 5B sono rispettive viste schematiche di una quarta e quinta forma di realizzazione di un sistema di mantenimento dell?isolamento elettrico secondo l?invenzione per un fluido di condizionamento.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL?INVENZIONE
Le figure allegate illustrano tutte schematicamente una porzione 1 a contatto con un fluido di condizionamento 2, quale un fluido di raffreddamento o riscaldamento, alloggiato in uno spazio/condotto facente parte in generale di un sistema di condizionamento non illustrato nel dettaglio a sua volta preferibilmente montato su di un veicolo, non illustrato.
In tutte le forme di realizzazione, la porzione 1 pu? essere una porzione di un dispositivo elettrico bagnata direttamente dal fluido di condizionamento 2 oppure una porzione di condotto circondante o a diretto contatto con la porzione 1 suddetta.
In particolare, il dispositivo elettrico pu? essere un qualsiasi dispositivo elettrico quale una macchina elettrica, un dispositivo di elettronica di potenza quale un inverter o una PDU (power distribution unit) o pacchi batteria o una pila a combustibile o parti di essa.
La porzione 1 pu? essere vantaggiosamente metallica o polimerica/plastica.
In tutte le forme di realizzazione, ? previsto almeno un sistema di mantenimento 3 dell?isolamento configurato per ridurre o eliminare le particelle ioniche circolanti nel fluido di condizionamento 2 al fine di mantenere almeno in un intervallo predefinito, il valore di resistenza elettrica del fluido di condizionamento 2, cio? al di sopra di un valore minimo prefissato. In particolare, il sistema di mantenimento 3 pu? mantenere tale valore di resistenza elettrica costante.
In particolare, il sistema di mantenimento 3 pu? essere annegato nel fluido di condizionamento 2 o posto al di fuori di esso. Ancora, pu? essere configurato per deviare o per intrappolare le particelle ioniche all?interno o al di fuori del fluido di condizionamento 2, cio? pu? mantenerle segregate nel fluido di condizionamento in una zona specifica o pu? estrarle e accoppiarle ad elementi di estrazione quali piastre.
Nella prima forma di realizzazione di figura 2, il sistema di mantenimento 3 comprende essenzialmente una piastra 4 interposta lungo il flusso F del fluido di condizionamento 2 e configurata per fungere da catodo, cio? per attirare a s? gli ioni di carica positiva.
Vantaggiosamente, la piastra 4 pu? essere collegata ad un sistema generatore di tensione 5 elettricamente interposto tra la piastra 4 ed una ulteriore porzione conduttiva del sistema di condizionamento, ad esempio, come illustrato, la porzione 1 che in tale caso deve esser conduttiva.
Il funzionamento della prima forma di realizzazione secondo l?invenzione come sopra descritta ? il seguente.
Il sistema generatore di tensione 5 crea una differenza di potenziale tra la piastra 4 (ed una eventualmente opposta sulla porzione 1) che tende dunque ad attirare a se gli ioni positivi (o negativi a seconda della tensione applicata) circolanti nel fluido di condizionamento 2, mantenendone il livello sotto una certa soglia e dunque la resistenza entro un valore minimo prefissato.
Nella seconda forma di realizzazione di figura 3, il sistema di mantenimento 3 comprende essenzialmente una coppia di piastre 4?, 4?? interposte lungo il flusso F del fluido di condizionamento 2 e configurate, rispettivamente per fungere da catodo e da anodo, cio? per attirare a se i rispettivi ioni di carica contraria.
Le piastre 4?, 4?? sono dunque collegate elettricamente, via cavo, ad un sistema generatore di tensione 5 elettricamente interposto di esse e posizionato vantaggiosamente all?esterno del condotto definente il flusso F di fluido di condizionamento.
Il funzionamento della seconda forma di realizzazione secondo l?invenzione come sopra descritta ? il seguente.
Il sistema generatore di tensione 5 crea una carica sulle piastre 4?, 4?? le quali tendono ad attirare rispettivamente ioni positivi e negativi circolanti nel fluido di condizionamento 2, mantenendone il livello sotto una certa soglia e dunque la resistenza entro un valore minimo prefissato.
Nella terza forma di realizzazione di figura 4, il sistema di mantenimento 3 comprende essenzialmente un sistema generatore di tensione 5 elettricamente interposto la porzione 1 e la terra G, cio? la massa veicolare, in modo da mettere in tensione la porzione 1 con un valore prefissato.
Il valore di tensione prefissato ? funzione del materiale in cui ? costituita la porzione 1, che deve esser conduttivo per poter essere messo in tensione, e del fluido di condizionamento 2 in modo da compensare il potenziale elettrochimico e dunque inibendo la produzione di ioni.
Il funzionamento della terza forma di realizzazione secondo l?invenzione come sopra descritta ? il seguente.
Il sistema generatore di tensione 5 crea una carica sulla porzione 1 che tende a compensare o superare il potenziale elettrochimico, in questo modo l?emissione di ioni nel fluido di condizionamento 2 ? ridotta al minimo permesso per mantenere la resistenza al di sopra del valore minimo prefissato od eventualmente invertita.
Nella quarta e quinta forma di realizzazione di figura 5A e 5B, il sistema di mantenimento 3 comprende essenzialmente un sistema generatore di campo elettrico 6 (figura 5A) e sistema generatore di campo magnetico 7 (figura 5B) configurati per generare rispettivi campi elettrico E e magnetico B traversanti il flusso F di fluido di condizionamento diretti verso la porzione 1 o prefissate porzioni di stoccaggio.
A tal fine i campi elettrico E e magnetico B possono vantaggiosamente essere di valore variabile avendo intensit? maggiore (o minore) in prossimit? di detta porzione 1 ovvero risultando in un gradiente non nullo.
Il valore di campo elettrico E fornito dal sistema generatore di campo elettrico 6 o il valore di campo magnetico B fornito dal sistema generatore di campo magnetico 7 sono tali da mantenere gli ioni in prossimit? della porzione 1 di modo che non si disperdano nel resto del fluido di condizionamento 2 o in prefissate porzioni di stoccaggio.
Il funzionamento della quarta e quinta forme di realizzazione secondo l?invenzione come sopra descritte ? il seguente.
Il sistema generatore di campo elettrico 6 o di campo magnetico 7 generando i rispettivi campi elettrico E e magnetico B tende a spingere gli ioni ed i dipoli che sono influenzati da questi ultimi verso una porzione predefinita della porzione 1, impedendone la diffusione nel fluido di condizionamento 2.
Nel caso di campo magnetico 7, inoltre, ? possibile altres? filtrare altre particelle magnetizzabili presenti nel fluido d condizionamento eliminandole dalla circolazione.
Da quanto precede, risultano evidenti i vantaggi del sistema di mantenimento secondo l?invenzione.
Grazie al sistema di mantenimento secondo l?invenzione, integrato nel fluido di condizionamento ed operativo durante la sua funzione, si riduce la frequenza di sostituzione del fluido di condizionamento o dei filtri deionizzanti a causa del deterioramento della sua resistenza elettrica.
Conseguentemente ? possibile evitare la fase di cambio di fluido di condizionamento ed la sua pulizia elettrolitica/filtraggio elettrolitico riducendo cos? costi e tempi morti di inoperativit? del sistema di condizionamento.
In particolare, come illustrato, sono possibili differenti forme di realizzazioni del sistema di mantenimento che permettono l?utilizzo su porzioni 1 e fluidi di condizionamento 2 di differente dimensione e composizione chimica.
Conseguentemente il sistema di mantenimento proposto pu? essere implementato anche su sistemi gi? esistenti, in modo economico.
Inoltre, grazie al sistema proposto ? possibile utilizzare una svariata tipologia di materiali, anche pi? economici ed ottimali, ma sconvenienti secondo l?arte nota a causa della perdita veloce di isolamento elettrico. Questo permette ulteriormente di ottimizzare i sistemi di condizionamento e di ridurne i costi.
Ancora, ? chiaro che le forme realizzative descritte possono avere un effetto sinergico qualora un condotto ove ? presente un flusso di fluido di condizionamento 2 presenti pi? sistemi di mantenimento della medesima o differente tipologia.
Risulta infine chiaro che al sistema di mantenimento secondo la presente invenzione possono essere apportate modifiche e varianti che tuttavia non escono dall?ambito di tutela definito dalle rivendicazioni.
Chiaramente, come detto, la porzione 1, il condotto definente il flusso F di fluido di condizionamento 2 ed il sistema includente il medesimo possono essere di qualsivoglia tipologia.
Similmente, il sistema di mantenimento 3 pu? essere, come dimostrato, realizzato in vari modi e geometrie.
Chiaramente, i modi sopra esposti possono essere tra loro combinati in modo da ottenere un effetto sinergico dovuto alla combinazione dei loro vantaggi.
Claims (16)
1.- Sistema di mantenimento (3) della resistenza elettrica di un fluido di condizionamento (2) circolante in un sistema di condizionamento per una porzione (1) a contatto con detto fluido di condizionamento (2), detto sistema di mantenimento (3) essendo configurato per ridurre o eliminare le particelle cariche circolanti in detto fluido di condizionamento (2) al fine di mantenere il valore di resistenza di detto fluido di condizionamento (2) al di sopra di una soglia prefissata.
2.- Sistema di mantenimento secondo la rivendicazione 1, in cui detto sistema di mantenimento (3) ? configurato per ridurre o eliminare le particelle cariche circolanti in fluido di condizionamento (2) al fine di mantenere il valore di resistenza di detto fluido di condizionamento (2) costante.
3.- Sistema di mantenimento secondo la rivendicazione 1, in cui detto sistema di mantenimento (3) ? configurato per ridurre o eliminare le particelle cariche circolanti in fluido di condizionamento (2) al fine di mantenere il valore di resistenza di detto fluido di condizionamento (2) entro un intervallo predefinito.
4.- Sistema secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui detto sistema di mantenimento (3) ? posto annegato in detto fluido di condizionamento (2).
5.- Sistema secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui detto sistema di mantenimento (3) ? posto al di fuori di detto fluido di condizionamento (2).
6.- Sistema secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui detto sistema di mantenimento (3) comprende una piastra (4) in detto fluido di condizionamento (2) ed un generatore di tensione (5) configurato per mettere in tensione detta piastra (4).
7.- Sistema secondo la rivendicazione 6, in cui detto generatore di tensione (5) ? collegato da un altro capo rispetto a detta piastra (4) a detta porzione (1).
8.- Sistema secondo una delle rivendicazioni 6 o 7, in cui detto sistema di mantenimento (3) comprende una coppia di piastre (4?, 4??) in detto fluido di condizionamento (2) collegate ad opposti capi di un generatore di tensione (5) configurato per mettere in tensione dette piastre (4?, 4??).
9.- Sistema secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto sistema di mantenimento (3) comprende un generatore di tensione (5) configurato per mettere in tensione detta porzione (1).
10.- Sistema secondo la rivendicazione 9, in cui il valore di tensione fornito da detto generatore di tensione (5) ? funzione del materiale di detta porzione (1) e detto fluido di condizionamento (2) al fine di minimizzare il potenziale elettrolitico tra detta porzione (1) e detto fluido di condizionamento (2).
11.- Sistema secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui detto sistema di mantenimento (3) comprende un generatore di campo elettrico (6) atto a generare un campo elettrico (E) traversante detto fluido di condizionamento (2).
12.- Sistema secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui detto sistema di mantenimento (3) comprende un generatore di campo magnetico (7) atto a generare un campo magnetico (B) traversante detto fluido di condizionamento (2).
13. Sistema secondo le rivendicazioni 11 o 12 in cui detto campo elettrico (E) o detto campo magnetico (B) hanno gradiente non nullo.
14.- Sistema di condizionamento comprendente un condotto/spazio alloggiante un fluido di condizionamento (2) a contatto con una porzione (1) ed un sistema di mantenimento (3) secondo una delle precedenti rivendicazioni.
15. Assieme di dispositivo elettrico e sistema di condizionamento secondo la rivendicazione 14.
16. Veicolo comprendente un sistema di condizionamento secondo la rivendicazione 14.
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