ITTO20130418A1 - Sistema di filtrazione aria in cabina per macchine agricole - Google Patents

Description

"Sistema di filtrazione aria in cabina per macchine agricole"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un impianto di trattamento aria in cabina per una macchina agricola, comprendente un ingresso aria esterna, un sistema di filtrazione collegato a valle dell’ingresso aria esterna, un sistema di climatizzazione collegato a valle del sistema di filtrazione, ed un’uscita di alimentazione aria in cabina collegata a valle del sistema di climatizzazione.

Gli impianti convenzionali di trattamento aria per macchine agricole realizzano una filtrazione della polvere, mentre aerosol e vapori in pratica possono liberamente fluire all’interno della cabina del veicolo. Inoltre, tali impianti noti non sono flessibili, e difficilmente consentono di raggiungere livelli di pressurizzazione in cabina soddisfacenti, in particolare se si considerano le normative più recenti.

Forma pertanto oggetto dell’invenzione un impianto del tipo definito all’inizio, in cui il sistema di filtrazione comprende, in sequenza:

un primo filtro atto a realizzare una filtrazione meccanica della polvere,

un secondo filtro atto a realizzare una filtrazione di almeno uno fra polveri, aerosol e vapori, a monte del quale à ̈ disposta una valvola di bypass atta a mettere selettivamente in comunicazione con il sistema il secondo filtro od una diramazione di bypass disposta in parallelo con il secondo filtro,

un ventilatore atto a realizzare una pressurizzazione desiderata a valle dell’uscita di alimentazione aria in cabina, ed

una valvola deviatrice, avente un’uscita principale collegata al sistema di climatizzazione, ed un’uscita di scarico per la pulizia del sistema di filtrazione, attivabili selettivamente l’una o l’altra.

Secondo l’invenzione si adottano pertanto due filtri differenti, con funzioni diverse. La possibilità di bypassare il secondo filtro permette di utilizzare tale filtro solamente quando ve ne à ̈ effettivamente la necessità, preservandone la durata e l’efficienza, mentre il primo filtro assolve comunque una funzione di rimozione degli inquinanti più grossolani (polvere e materiali di dimensioni maggiori). Inoltre, anche se il secondo filtro à ̈ assente per un intervento di manutenzione o sostituzione o selezione dell’operatore, l’impianto può essere comunque utilizzato.

Inoltre, à ̈ possibile realizzare una pressurizzazione della cabina del veicolo mediante il ventilatore del sistema di filtrazione, senza dover utilizzare il/i ventilatore/i del sistema di climatizzazione. Di fatto, nell’impianto secondo l’invenzione il sistema di filtrazione risulta essere disaccoppiato dal sistema di climatizzazione.

Un sistema di controllo elettronico gestisce i vari componenti dell’impianto, per ottenere il massimo livello di sicurezza, flessibilità e precisione nel monitorare e controllare tali componenti.

Forme di realizzazione preferite dell’invenzione sono definite nelle rivendicazioni dipendenti, che sono da intendersi come parte integrante della presente descrizione.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’impianto secondo l’invenzione diverranno più chiari con la seguente descrizione dettagliata di una forma di realizzazione del trovato, fatta con riferimento ai disegni allegati, forniti a titolo puramente illustrativo e non limitativo, in cui:

- la figura 1 illustra schematicamente una forma di realizzazione di un impianto di trattamento aria per macchine agricole secondo l’invenzione;

- le figure 2a a 2n illustrano differenti strategie di monitoraggio di un filtro dell’impianto di figura 1; e

- la figura 3 illustra schematicamente un’architettura di un sistema di controllo elettronico dell’impianto di figura 1.

Nella figura 1 à ̈ illustrato schematicamente un impianto di trattamento aria in cabina per macchine agricole secondo l’invenzione. Con C à ̈ indicata una cabina della macchina agricola, alla quale secondo le normative di esposizione alle sostanze pericolose si richiede di essere isolata e pressurizzata rispetto all’ambiente esterno (almeno per quanto riguarda le categorie superiori di sicurezza); nel disegno, Pc indica la pressione dell’aria all’interno della cabina, mentre Pa rappresenta la pressione dell’aria nell’ambiente esterno.

L’impianto di trattamento aria comprende essenzialmente un ingresso aria esterna 10 tramite il quale si preleva aria con una pressione Pa dall’ambiente esterno, un sistema di filtrazione 20 collegato a valle dell’ingresso aria esterna 10, un sistema di climatizzazione 30 collegato a valle del sistema di filtrazione 20, ed un’uscita di alimentazione aria in cabina 40 collegata a valle del sistema di climatizzazione 30, tramite la quale si alimenta aria trattata alla cabina C, con una pressione Pc.

Il sistema di filtrazione 20 comprende, in sequenza, un primo filtro 21, una valvola di bypass 22, un secondo filtro 23 (ad esempio, ma non esclusivamente, un filtro a carboni attivi), al quale à ̈ associata una diramazione di bypass 24 disposta in parallelo con esso, un ventilatore 25 ed una valvola deviatrice 26.

Il primo filtro 20 à ̈ atto a realizzare una filtrazione meccanica della polvere, e serve ad evitare un’ostruzione prematura del secondo filtro 23 quando questo à ̈ attivo.

La valvola di bypass 22 disposta a monte del secondo filtro 23 à ̈ atta a mettere selettivamente in comunicazione con il resto del sistema il secondo filtro 23 o la diramazione di bypass 24 disposta in parallelo al secondo filtro 23. In questo modo à ̈ possibile abilitare o disabilitare l’azione di filtrazione del secondo filtro 23, per permettere un utilizzo razionale di tale filtro; quest’ultimo infatti può essere escluso dall’impianto di trattamento aria quando la sua azione di filtrazione non à ̈ richiesta.

Il secondo filtro 23 à ̈ un filtro scelto fra i filtri noti in grado di realizzare l’abbattimento di:

i. Polveri

ii. Polveri aerosol

iii. Polveri aerosol vapori,

a seconda della categoria di sicurezza richiesta per la macchina agricola.

In virtù della presenza della valvola di bypass 22, il secondo filtro 23 può essere rimosso (ad esempio per manutenzione o sostituzione) senza compromettere completamente la funzionalità del sistema. In questo caso, il sistema realizzerà una funzione filtrante solamente con il primo filtro 21.

Preferibilmente, al secondo filtro 23 Ã ̈ associato un sistema di monitoraggio installazione (non illustrato), in grado di rilevare se il secondo filtro 23 Ã ̈ installato, o meno, nella sede prevista.

Inoltre, al secondo filtro 23 à ̈ associato un sistema di monitoraggio del livello di saturazione, che verrà descritto più in dettaglio nel seguito.

Il ventilatore 25 serve a compensare la caduta di pressione dovuta al primo filtro 21, al secondo filtro 23 ed alle canalizzazioni ad essi associati, a monte del ventilatore 25, garantendo una pressurizzazione desiderata a valle dell’uscita di alimentazione aria 40, e quindi nella cabina C, in modo da evitare l’ingresso di inquinanti in essa. L’aria fresca entra così nella cabina solamente attraverso i filtri 21 e 23, garantendo un’azione di depurazione.

La valvola deviatrice 26 ha un’uscita principale 26a collegata al sistema di climatizzazione 30, ed un’uscita di scarico 26b per la pulizia del sistema di filtrazione 20, attivabili selettivamente l’una o l’altra. Tramite la valvola deviatrice 26 si mette quindi in comunicazione l’uscita del ventilatore 25 con il sistema di climatizzazione 30 od, in alternativa, con l’esterno. L’uscita di scarico 26b permette quindi di eliminare ogni eventuale inquinante rimasto intrappolato nel sistema a monte del ventilatore 25 fino alla valvola 26 compresa.

Il sistema di climatizzazione 30 à ̈ di tipo convenzionale; attraverso esso aria fresca ed aria di ricircolo destinate alla cabina C vengono deumidificate e portate alla temperatura desiderata. Convenzionalmente, il sistema di climatizzazione 30 può comprendere un plenum di miscelazione aria 31, uno o più ventilatori 32, un evaporatore 33 ed un riscaldatore 34.

La cabina C à ̈ inoltre collegata con il plenum di miscelazione aria 31 del sistema di climatizzazione 30 attraverso una canalizzazione di ricircolo aria 50, provvista di una valvola di intercettazione 51. Tale valvola assolve inoltre la funzione di obbligare l’attraversamento del sistema di climatizzazione 30 da parte del flusso di aria fresca, che viene quindi immesso in cabina.

Un sensore di pressione differenziale 60 à ̈ inoltre associato all’impianto per misurare la differenza di pressione Pc-Pa fra l’interno della cabina C e l’ambiente esterno. Tale informazione viene utilizzata per controllare la velocità del ventilatore 25 per permettere il controllo della pressurizzazione della cabina.

Un sistema di monitoraggio del livello di saturazione à ̈ inoltre associato al secondo filtro 23 per monitorare il livello di saturazione di tale filtro. Tale sistema permette di monitorare le condizioni di sicurezza dell’operatore ed evita un utilizzo scorretto del filtro; esso può comprendere diversi dispositivi; ad esempio (si vedano le figure 2a-2n):

- un timer 71 (fig. 2f) per misurare un tempo di utilizzo del filtro;

- uno o più sensori di pressione 72 (fig. 2b) per misurare una differenza di pressione fra ingresso ed uscita del filtro 23;

- uno o più misuratori di concentrazione 73 (fig. 2c) per misurare una differenza di concentrazione di una sostanza nell’aria, fra ingresso ed uscita del filtro 23. Tale sostanza può essere un inquinante, un componente dell’aria, od una sostanza marcatrice introdotta nel flusso d’aria a monte del filtro da un iniettore 73a (fig. 2d);

- un sensore di temperatura 74 (fig. 2e) per misurare una temperatura del filtro 23. È infatti noto che l’adsorbimento di una sostanza à ̈ una reazione esotermica; la misura della temperatura può pertanto permettere una valutazione del livello di saturazione del filtro; - una sostanza colorante che muta colore a seconda delle condizioni chimiche del filtro; - un circuito 75 per misurare la conducibilità elettrica del filtro 23 (fig. 2n).

Per una maggior affidabilità, il sistema di monitoraggio può anche comprendere una combinazione dei dispositivi suddetti, ad esempio:

- timer 71 e sensore di pressione 72 (fig. 2a); - timer 71 e misuratori di concentrazione 73 (fig. 2g);

- timer 71, misuratori di concentrazione 73 ed iniettore di sostanza marcatrice 73a (fig.

2g);

- timer 71 e sensore di temperatura 74 (fig.

2i);

- timer 71, sensore di temperatura 74, misuratori di concentrazione 73 ed iniettore di sostanza marcatrice 73a (fig. 2l);

- timer 71 e sostanza colorante che muta colore a seconda delle condizioni chimiche del filtro;

- timer 71 e circuito 75 per la misurazione della conducibilità elettrica (fig. 2n).

Con riferimento alla figura 3, l’impianto secondo l’invenzione à ̈ gestito da un’unità di controllo elettronico 100.

Una funzione gestibile da tale unità di controllo 100 à ̈ la gestione di una condizione di “chiave inserita†. All’avvio dell’impianto, l’unità di controllo 100 avvia una pulizia e depurazione dei componenti da 21 a 26 del sistema di filtrazione. In tale condizione, la valvola di deviazione 26 à ̈ impostata in una posizione in cui il flusso d’aria che entra dall’ingresso 10 viene scaricato all’esterno, senza essere così immesso nel sistema di climatizzazione e nella cabina C. Il ventilatore 25 spinge così l’aria verso l’uscita di scarico 26b della valvola 26 per pulire i componenti da 21 a 26. Tale procedura viene mantenuta per un intervallo di tempo determinato tramite un modello matematico, misurazioni del livello di inquinamento dell’aria (ottenute dal sistema di monitoraggio saturazione del filtro 23), od entrambi tali criteri.

L’unità di controllo 100 può anche rilevare il posizionamento del filtro 23 nella propria sede. Un dispositivo elettrico (non illustrato) à ̈ installato sul filtro, sulla rispettiva sede o su entrambi per rilevare la presenza del filtro 23. Tale strategia permette di regolare la gestione del sistema su stati differenti, in particolare uno stato “filtro ON†ed uno stato “filtro OFF†.

L’unità di controllo 100 può anche gestire il controllo della pressurizzazione. Il sensore di pressione differenziale 60 misura il livello di pressurizzazione Pc-Pa della cabina. Tale informazione à ̈ acquisita dal sistema di gestione che agisce sul ventilatore 25 per mantenere la pressurizzazione ad un livello di sicurezza. A tal fine, il sistema à ̈ programmato sulla base di un modello matematico che tiene conto delle misurazioni di pressione e delle caratteristiche di azionamento dei componenti, in particolare del ventilatore, ed implementa una strategia di controllo prestabilita. Il livello di pressurizzazione à ̈ visualizzato nella cabina in modo tale che l’operatore possa tenerlo sotto controllo; se tale livello scende al disotto di un valore soglia Pmin si attiva un segnale di allarme.

L’unità di controllo 100 può inoltre effettuare una gestione del sistema di monitoraggio del livello di saturazione del secondo filtro 23. Sulla base di un modello matematico, il sistema di gestione riceve le informazioni dal sistema di monitoraggio e comunica all’operatore lo status del filtro. Se tale stato non à ̈ soddisfacente, a causa di un’anomalia o del termine del ciclo di vita del filtro o della perdita di capacità filtrante, si attiva/visualizza un segnale di allarme e si attua una strategia di sicurezza.

In particolare, l’unità di controllo 100 attua un metodo di monitoraggio comprendente almeno uno fra:

a) misurare un tempo di uso t_funz (tramite il timer 71) del secondo filtro 23, e confrontare un valore misurato del tempo di uso con un valore soglia di tempo associato ad un livello prestabilito di saturazione del filtro,

b) misurare una differenza fra valori di una grandezza fisica rispettivamente a monte ed a valle (differenza di pressione ∆P e/o di concentrazione ∆C di una sostanza nell’aria) del secondo filtro 23, e confrontare un valore misurato di tale differenza con un valore soglia di differenza associato ad un livello prestabilito di saturazione del filtro, e

c) misurare una proprietà fisica (temperatura T o conducibilità elettrica) del secondo filtro 23, e confrontare un valore misurato di tale proprietà fisica con un valore soglia di proprietà associato ad un livello prestabilito di saturazione del filtro.

La misurazione del tempo di uso del secondo filtro 23 può comprendere l’attivazione di un conteggio di tempo quando il filtro à ̈ in uso, e la disattivazione di tale conteggio di tempo quando il filtro à ̈ in condizione di riposo. È possibile implementare la strategia di controllo in modo da tener conto, nel conteggio di tempo, della procedura di pulizia del sistema di filtrazione.

Nel caso in cui nel sistema di gestione sia prevista la misurazione della differenza di concentrazione di una sostanza dell’aria, e che tale sostanza sia una sostanza marcatrice appositamente introdotta dal dispositivo iniettore 73a, l’unità di controllo 100 gestirà anche il dispositivo iniettore 73a che introduce tale sostanza.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione dell’invenzione, il sistema di filtrazione 20 dell’impianto secondo l’invenzione può comprendere due distinte linee di ingresso aria, comprendenti ciascuna il primo filtro 21, la valvola di bypass 22 ed il secondo filtro 23, ed entrambi afferenti ad un unico ventilatore 25. Rispetto alla forma di realizzazione precedente, tale configurazione ha una maggiore autonomia (quando si guasta uno dei filtri 23, l’altro à ̈ generalmente ancora in grado di funzionare); inoltre, vi à ̈ una minore portata di aria che deve essere trattata da ciascuna coppia di filtri, e quindi una maggior efficienza di filtrazione.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto di trattamento aria in cabina per una macchina agricola, comprendente un ingresso aria esterna (10), un sistema di filtrazione (20) collegato a valle dell’ingresso aria esterna (10), un sistema di climatizzazione (30) collegato a valle del sistema di filtrazione (20), ed un’uscita di alimentazione aria in cabina (40) collegata a valle del sistema di climatizzazione (30), caratterizzato dal fatto che detto sistema di filtrazione comprende, in sequenza: un primo filtro (21) atto a realizzare una filtrazione meccanica della polvere, un secondo filtro (23) atto a realizzare una filtrazione di almeno uno fra polveri, aerosol e vapori, a monte del quale à ̈ disposta una valvola di bypass (22) atta a mettere selettivamente in comunicazione con il sistema (20) il secondo filtro (23) od una diramazione di bypass (24) disposta in parallelo con il secondo filtro (23), un ventilatore (25) atto a realizzare una pressurizzazione desiderata a valle dell’uscita di alimentazione aria in cabina (40), ed una valvola deviatrice (26), avente un’uscita principale (26a) collegata al sistema di climatizzazione (30), ed un’uscita di scarico (26b) per la pulizia del sistema di filtrazione (20), attivabili selettivamente l’una o l’altra.
2. 2. Impianto secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre una canalizzazione di ricircolo aria in cabina (50), collegata in ingresso al sistema di climatizzazione (30), a valle del sistema di filtrazione (20).
3. 3. Impianto secondo la rivendicazione 1 o 2, comprendente inoltre un sensore di pressione differenziale (60), atto a misurare una differenza fra una pressione (Pc) a valle dell’uscita di alimentazione aria in cabina (40) e la pressione (Pa) dell’aria esterna.