IT201900012663A1 - Apparato per la desalinizzazione di acqua marina - Google Patents

Description

Descrizione di un brevetto d'invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un apparato per la desalinizzazione dell’acqua marina.

Più in particolare, la presente invenzione si riferisce ad un apparato per la desalinizzazione dell’acqua marina che opera in accordo con il procedimento noto come “distillazione a compressione di vapore” (vapor compression distillation), ovvero la tecnologia in cui tramite una compressione meccanica o un “jet stream” si comprime il vapore prodotto da acqua marina riscaldata che, così compresso, condensa e con il calore latente di tale condensazione che viene utilizzato per produrre nuova evaporazione dell’acqua salina, mentre il vapore condensato costituisce il prodotto finale, ovvero un’acqua desalinizzata ed utilizzabile per usi alimentari, industriali e simili.

Le soluzioni tradizionalmente note per la desalinizzazione di acqua marina con il procedimento di distillazione per compressione di vapore presentano, tuttavia, alcuni inconvenienti di rilievo di seguito esposti.

Un inconveniente dei procedimenti tradizionali per la desalinizzazione per compressione di vapore è rappresentato dal fatto che essi, in virtù del fatto che operano tipicamente a pressioni inferiori a quella atmosferica, necessitano di un impianto piuttosto complesso con un compressore di notevole dimensione, pompe di vuoto e strutture metalliche resistenti alla pressione. In termini operativi la scelta di operare a pressione inferiore a quella ambiente è pure non esente da inconvenienti quali, ad esempio, il fatto che il valore del coefficiente di viscosità cinematica del vapore diventa molto più elevato e ciò comporta la necessità di disporre di più ampi spazi per le zone di condensazione e di evaporazione e quindi una riduzione delle superfici di scambio termico per unità di volume. Inoltre, a basse pressioni operative, il consumo energetico unitario di compressione è molto più sensibile all’aumento della pressione e, pertanto, risulta essere molto oneroso, in termini di maggiori consumi energetici, operare con elevati delta di temperatura (∆T) in eccesso alla temperatura di ebollizione. Poiché tale delta di temperatura, unitamente all’entità delle superfici di scambio termico, determina la cinetica del processo, quanto sopra comporta un considerevole ed importante svantaggio delle soluzioni note operanti in accordo con un procedimento del tipo “distillazione a compressione di vapore” legato al fatto che, tenuto conto degli elevati costi di tali impianti, si è costretti inevitabilmente a sacrificare sensibilmente l’efficienza energetica a favore di una maggiore cinetica.

Un ulteriore svantaggio della tecnologia nota risiede nel fatto che essendola soluzione salina a diretto contatto del contenitore vi è la necessità che esso sia realizzato in materiali resistenti alla corrosione, risultando in strutture che, dovendo anche resistere alla pressione, risultano particolarmente costose, pesanti, e soprattutto di non agevole accesso per le operazioni di manutenzione ordinaria e straordinaria.

Un ulteriore inconveniente dei procedimenti tradizionali è rappresentato dal fatto che l’evaporazione avviene in un unico stadio, con un unico compressore che, pertanto, opera ad una unica pressione maggiore di quella che sarebbe necessaria nell’evaporazione iniziale dell’acqua di alimentazione ed inoltre, per la maggior parte, l’evaporazione avviene su acqua marina già prossima alla concentrazione salina finale di spurgo che richiede una maggiore temperatura di evaporazione e, quindi, un maggior lavoro di compressione e maggiori consumi unitari di energia elettrica.

Un ulteriore inconveniente dei procedimenti tradizionali è rappresentato dal fatto che essi sono piuttosto complessi e richiedono la presenza di pompe da vuoto e, operando l’evaporazione tramite ebollizione dell’acqua salina, richiedono dispositivi quali i “demister” per l’eliminazione delle goccioline di acqua salina prodottesi nell’ebollizione.

Un ulteriore inconveniente dei procedimenti tradizionali è rappresentato dal fatto che essi hanno strutture poco modulabili e, salvo gli impianti di dimensioni minori non sono mobili e facilmente trasportabili.

Scopo della presente invenzione è quello di ovviare agli inconvenienti sopra riportati.

Più in particolare, lo scopo della presente invenzione è quello di fornire un apparato per la desalinizzazione dell’acqua marina secondo la tecnica della “distillazione a compressione di vapore” che consenta di utilizzare strutture operative molto più essenziali, più semplici, più leggere, meno costose, più accessibili ad un utilizzo diffuso rispetto a quelle tradizionali. Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di poter aumentare in modo molto sensibile l’entità delle superfici di scambio termico per unità di volume di ingombro del dispositivo e poter così ridurre, senza perdita di resa quantitativa di condensato, il differenziale termico da applicare tra zona di condensazione e zona di evaporazione, conseguendo contestualmente un miglioramento di efficienza energetica.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di poter ottenere, grazie sia alla riduzione del differenziale termico sopra citato sia ad una particolare disposizione delle superfici evaporative, l’evaporazione dell’acqua marina in assenza di ebollizione.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di poter effettuare l’evaporazione dell’acqua marina alimentata all’interno di un unico contenitore, ma in più steps di progressiva concentrazione della stessa per avvantaggiarsi della minore energia richiesta nell’evaporazione alle concentrazioni iniziali.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di poter ricorrere quali diaframmi tra la zona di evaporazione e quella di condensazione a sottili materiali plastici, più leggeri, meno costosi e non soggetti a corrosione diversamente dai diaframmi tradizionalmente in uso.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un apparato di desalinizzazione modulare così da poter essere facilmente adattato a capacità variabili di produzione.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un apparato di desalinizzazione atto a risolvere in modo più efficiente le problematiche legate allo smaltimento dei gas atmosferici presenti nell’acqua marina di alimentazione.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un apparato di desalinizzazione che renda agevoli l’accesso e le operazioni di ispezione e periodica manutenzione.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione degli utilizzatori un apparato di desalinizzazione dell’acqua marina atto a garantire un elevato livello di resistenza ed affidabilità nel tempo e tale, inoltre, da poter essere facilmente ed economicamente realizzato e trasportato.

Questi e altri scopi vengono raggiunti dall'invenzione che presenta le caratteristiche di cui alla rivendicazione 1.

Secondo l'invenzione si fornisce un apparato per la desalinizzazione dell’acqua marina tramite distillazione a compressione di vapore, comprendente un elemento contenitore termicamente isolato al cui interno sono disposte almeno due gabbie comprendenti almeno un blocco costituito da elementi accatastati comprendenti strati di camere di condensazione ed intercapedini di evaporazione intervallate tra loro, almeno due compressori a bassa pressione, detto elemento contenitore essendo modulabile, l’apparato comprendente, inoltre, almeno un serbatoio di riscaldamento di acqua salina di alimentazione, almeno un ulteriore serbatoio di raccolta di acqua condensata, mezzi di apporto di energia termica in corrispondenza dell’almeno un serbatoio di alimentazione ed ulteriori mezzi di apporto di energia termica in corrispondenza dell’elemento contenitore, uno o più scambiatori di calore di tipo in controflusso per un preriscaldamento dell’acqua marina di alimentazione ed in collegamento con gli spurghi di acqua salina concentrata, con l’acqua dolce condensata, con gli spurghi di vapore, con l’almeno un serbatoio, con l’almeno un ulteriore serbatoio e con la sorgente di acqua marina.

Realizzazioni vantaggiose dell'invenzione appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche costruttive e funzionali dell’apparato di desalinizzazione dell’acqua marina della presente invenzione potranno essere meglio comprese dalla dettagliata descrizione che segue nella quale si fa riferimento alle allegate tavole di disegno che ne rappresentano una forma di realizzazione preferita e non limitativa ed in cui: la figura 1 rappresenta schematicamente l’apparato per la desalinizzazione di acqua marina della presente invenzione;

la figura 2 illustra schematicamente la struttura di un elemento o componente costitutivo (blocco camere di condensazione) dell’apparato di cui alla figura 1;

la figura 3 illustra schematicamente una sezione secondo un piano verticale del componente di cui alla figura 2;

la figura 4 illustra schematicamente una sezione secondo un piano orizzontale del componente di cui alla figura 2;

la figura 5 illustra schematicamente una vista in dettaglio di una singola camera di condensazione di cui alla figura2;

le figure 5A e 5B illustrano schematicamente delle sezioni verticali di una camera di condensazione con due differenti forme realizzative di componenti interni o inserti della camera di condensazione di cui alle figure precedenti;

le figure 6, 6A e 6B illustrano a livello schematico una vista frontale, dall’alto e laterale di una intercapedine di cui alle figure precedenti; le figure 7 e 7A illustrano schematicamente una vista di un inserto di una camera di condensazione; le figure 7B 7C e 7D illustrano schematicamente forme esemplificative di inserti di una intercapedine di cui alle figure precedenti.

Con riferimento alle citate figure, l’apparato per la desalinizzazione dell’acqua marina di cui all’invenzione, indicato complessivamente con 10 nello schema di figura 1, comprende un elemento contenitore 12 termicamente isolato al cui interno sono disposte almeno due gabbie 14 ciascuna comprendente almeno un blocco 16 costituito da pacchi definiti da strati accostati di camere di condensazione intercalate con intercapedini di evaporazione (meglio descritte nel seguito), almeno due compressori 18, uno o più scambiatori di calore 20 del tipo in contro flusso, almeno un serbatoio 22 di raccolta e riscaldamento finale dell’acqua di alimentazione preriscaldata dagli scambiatori di calore 20, almeno un ulteriore serbatoio 24 di raccolta dell’acqua condensata, mezzi 25 di apporto di energia termica posti in corrispondenza dell’almeno un serbatoio 22 di raccolta e riscaldamento ed ulteriori mezzi 26 di apporto di energia termica disposti in corrispondenza dell’elemento contenitore 12.

L’elemento contenitore 12, nella forma di realizzazione preferita di cui alle figure, a differenza di quanto avviene usualmente nella tecnica nota, opera a pressione ambiente così da non richiedere una struttura pesante che debba resistere alle pressioni/depressioni; tuttavia, in accordo con forme di realizzazione alternative, esso può operare a pressioni superiori o inferiori alla pressione ambiente. Le sue pareti sono isolate dovendo operare a temperature superiori a quelle ambiente; l’isolamento unitamente alla presenza di elevati flussi di vapore insaturo al suo interno che aumentano il coefficiente liminare riducono a valori molto bassi la condensazione del vapore sulle pareti, condensato che è comunque recuperabile.

Ciascuno dei blocchi 16 disposti nelle gabbie 14 disposte alloggiate nell’elemento contenitore 12, come meglio descritto nel seguito, comprende pacchi composti da numerosi strati di sottili camere di condensazione costituite da lastre in materiale metallico o preferibilmente costituite da film plastici o da lastre plastiche estruse del tipo polionda o cellulari (tipicamente note come “twinwall sheet e “cellular sheet”) alternate a sottili intercapedini accostate in serie le une alle altre. Gli almeno due compressori 18 sono del tipo operante a bassa pressione e sono disposti, di preferenza (ma non esclusivamente), superiormente all’elemento contenitore 12 al fine di aspirare il vapore che si produce in detto elemento contenitore 12 e ad inviarlo a ciascun blocco 16 a mezzo di tubi o condotte 30 ad una pressione tale da garantire che la sua condensazione nelle camere di condensazione dei blocchi 16 possa realizzarsi ad una temperatura idonea a far evaporare l’acqua salina che è alimentata nelle intercapedini (come dettagliato nel seguito, tale operazione avviene con pressione di compressione crescente mano a mano che si realizza il passaggio da un blocco 16 al successivo, con la concentrazione salina che aumenta congiuntamente all’aumento della temperatura di evaporazione e al livello di insaturazione del vapore prodotto, ma con la pressione globale che rimane invariata).

Gli scambiatori di calore 20 del tipo in contro flusso sono utilizzati per preriscaldare l’acqua salina di alimentazione (ad esempio, caratterizzata da un grado di circa 35 ppt (parti per mille) di salinità) a mezzo di i) di acqua salina di spurgo (indicata dalla linea 40 dello schema di figura 1, acqua proveniente dall’ultimo blocco e dagli ulteriori mezzi 26 di apporto di energia termica) giunta ad una concentrazione prescelta (ad esempio, pari a circa 70 ppt ovvero con una concentrazione salina sostanzialmente doppia di quella iniziale), ii) di acqua che è stata condensata (proveniente dall’elemento contenitore 12 come indicato in figura 1 dalla linea 42 e, più in particolare dai blocchi 16 di ciascuna gabbia 14 – dalla parte inferiore di detti blocchi) e iii) di spurghi di vapore provenienti dall’almeno un serbatoio 22 di raccolta e riscaldamento dell’acqua di alimentazione e dagli spurghi dei blocchi 16 provenienti dalla parte superiore di detti blocchi ed indicati con la linea 44) effettuati per l’eliminazione dei gas atmosferici presenti nell’acqua alimentata.

L’almeno un serbatoio di alimentazione 22 è utilizzato per completare il riscaldamento dell’acqua marina di alimentazione che, prelevata dal mare (come indicato dal riferimento 41 in figura 1) e dopo aver transitato negli scambiatori di calore 20 in contro flusso e quindi preriscaldata, viene portata alla temperatura operativa ovvero quella di ebollizione (ad esempio, a poco più di 100 °C se si decide di operare a pressione atmosferica nell’elemento contenitore 12) prima di essere alimentata nei blocchi 16 delle gabbie 14 (i serbatoi 22, di preferenza, sono più di uno sia per permettere un maggior periodo di leggera bollitura (così da eliminare una maggiore quantità di gas atmosferici dispersi nell’acqua di alimentazione) sia qualora si ritenesse opportuno che, dopo aver portato ad ebollizione l’acqua, la stessa debba essere lasciata qualche tempo a sedimentare le particelle solide/ particolati in sospensione); altresì, anche il vapore di ebollizione di questo serbatoio 22 viene unito al vapore degli spurghi di vapore (la linea 44 di figura 1) per il preriscaldo in contro flusso dell’acqua di alimentazione.

Nel caso di impianti di maggiori dimensioni, l’elemento contenitore 12 può essere provvisto di setti o paratie di separazione 45 tra le gabbie 14 (a definire più stadi) con superficie forata, ed aventi la funzione di favorire una unidirezionalità nel movimento del vapore dall’ultimo scomparto al primo.

Con riferimento alla figura 2 è schematizzata una gabbia 14 disposta nell’elemento contenitore 12 e provvista del blocco 16 costituito dai pacchi definiti da strati accostati di camere di condensazione.

La gabbia 14 è composta da una struttura robusta che contiene e sostiene un blocco 16 formato da una molteplicità di camere di condensazione 17 e da una molteplicità di intercapedini di evaporazione 19 disposte tra le camere di condensazione (sostanzialmente le intercapedini di evaporazione si alternano a ciascuna camera di condensazione). La gabbia 14 presenta un fondo 15, costituito da una lamiera forata (o da una rete supportata da una griglia) che sostiene detto blocco 16 costituito dalle camere di condensazione 17 separate dalle intercapedini di evaporazione 19, con tale lamiera del fondo 15 che risulta un poco discostata/sollevata rispetto ad una vasca di raccolta 21 avente la funzione di raccogliere la soluzione salina percolata dal blocco 16 e che, come indicato sopra, è forata per consentire il transito di vapore formato nelle intercapedini di evaporazione 19.

La gabbia 14 comprende pareti laterali 23 definite da lamiere/lastre che, partendo dalla lamiera forata del fondo 15, si elevano sino ad alcuni cm al di sopra del bordo superiore delle camere di condensazione 17 e sono rinforzate all’esterno da traverse 23’ in quanto, fatto salvo il caso che le camere di condensazione 17 siano costituite da lastre estruse, ad esempio, del tipo polionda o cellulari (twin-wall sheet or cellular sheet), esse devono resistere alla pressione esercitata dal vapore compresso nelle camere di condensazione 17 che spinge sulle pareti laterali con una forza che, nell’operatività dell’apparato a pressione atmosferica, è compresa tra circa 1000 e 2000 kg/m2; la maggiore altezza delle lamiere/lastre laterali rispetto a quella delle camere di condensazione 17 permette di costituire e di contenere al di sopra del pacco composto dalle camere di condensazione 17 e dalle intercapedini di evaporazione 19 uno strato di acqua salina 31.

La gabbia 14 comprende, inoltre, un condotto 33 di alimentazione del vapore compresso (disposto nella parte superiore della gabbia da parte opposta rispetto alla vasca di raccolta 21), un condotto 35 di spurgo del vapore con elevati livelli di gas aerobici (parimenti disposto nella parte superiore della gabbia da parte opposta rispetto al condotto 33) ed un ulteriore condotto 37 di raccolta dell’acqua condensata (disposto nella parte inferiore della gabbia 14 ).

La vasca di raccolta 21 ha la funzione di raccogliere la soluzione salina percolata dal blocco 16 e, in particolare, la soluzione salina percolata lungo le pareti che delimitano le intercapedini 19 subendo una certa concentrazione della salinità in seguito all’evaporazione avvenuta; a seconda della velocità di percolamento e del livello di concentrazione salina raggiunto, tale acqua viene in parte rinviata allo strato di acqua salina di alimentazione 31 dello stesso blocco o inviata ad un successivo blocco evaporativo o infine spurgata (in questo caso lo spurgo viene inviato ad uno scambiatore di calore 20 in contro flusso con l’acqua marina di alimentazione, per recuperare la maggior parte possibile del suo contenuto termico (così come peraltro avviene anche con il contenuto degli spurghi di cui al condotto 35 e all’ulteriore condotto 37)).

Le figure 3 e 4 mostrano una vista in sezione del blocco 16 della gabbia 14 che comprende le camere di condensazione 17 e le intercapedini di evaporazione 19 che si alternano tra dette camere di condensazione 17 come descritto in precedenza. Di preferenza, ma non esclusivamente, le camere di condensazione 17 sono costituite da un film 50 di tipo plastico e sono ricoperte da uno strato sottile di tessuto idrofilo 51 che svolge una pluralità di funzioni quali, ad esempio: a) permettere il percolamento della soluzione salina e costituire un percorso privilegiato per la soluzione salina che percola nella vasca di raccolta 21 (in modo da poter essere veicolata uniformemente a contatto della superficie calda del film); b) con le proprie pur modeste asperità favorire il rimescolamento della soluzione salina percolante così da impedire un moto esclusivamente laminare e migliorare il coefficiente di scambio termico; c) calibrando accuratamente la deformabilità e/o elasticità del tessuto 51 regolare la deformazione indotta dal differenziale di pressione sul film plastico 50 che preme contro i distanziatori 61 posti nell’intercapedine 19: il film 50 assume così un profilo ondulato con venature rivolte verso il basso che determinano un miglioramento degli scambi termici in quanto le forze di tensione superficiale fanno assumere agli straterelli di acqua percolante e condensante degli spessori differenziati che determinano un maggior valore dei coefficienti di scambio termico medi rispetto a quelli delle superfici piane; d) proteggere il film 50 di tipo plastico delle camere di condensazione 17 dai rischi di attriti con i distanziatori 61 interni alle intercapedini 19.

Le intercapedini 19, in corrispondenza di una porzione di estremità superiore opposta alla porzione di estremità rivolta in direzione del fondo 15 della gabbia 14, comprendono tappi 52 realizzati in materiale gommoso e/o spugnoso che chiudono superiormente dette intercapedini 19 e premono parzialmente contro una porzione superiore delle camere di condensazione 17 per effetto della propria forza elastica e/o per effetto della pressione esercitata dal vapore compresso in dette camere di condensazione 17.

La presenza di tali tappi 52, unitamente alla presenza delle lamiere/lastre 23 delle pareti laterali della gabbia 14 che si elevano oltre il livello delle camere di condensazione 17, permette la formazione, superiormente al pacco di camere di condensazione 17 ed intercapedini 19 contenute nel blocco 16 della gabbia 14, di uno strato 31 di soluzione salina di alimentazione; tale soluzione salina di detto strato 31 potrà percolare passando opportunamente attraverso uno strato 54 (disposto tra detto strato di soluzione salina 31 ed i tappi 52) con la funzione di filtro per evitare che dei particolati eventualmente presenti nella soluzione salina di alimentazione possano intasare il dispositivo, con detto strato 54 che può essere variamente composto e, ad esempio, può essere composto da materiale poroso, cotone idrofilo o similari o da sabbia e simili idonei allo scopo. La parte di interfaccia della parte superiore delle camere di condensazione 17 con le pareti laterali 23 della gabbia 14, dove il tappo 52 non è fruibile o non è utilizzabile, presenta sigillature 55 la cui funzione è quella di evitare percolamenti incontrollati di liquido; la quantità di acqua che percola lungo le pareti delle camere di condensazione 17 è il risultato di diversi fattori che sono definiti dalle caratteristiche del tessuto 51 che ricopre le camere di condensazione 17 (con tale tessuto che, eventualmente, può essere addizionato con un altro tessuto più permeabile in questa piccola porzione superiore), dallo spessore, dalla natura e dalla pressione cui è sottoposto il tappo elastico 52 e dallo spessore dello strato di soluzione salina 31; questa caratteristica offre differenti e molteplici opzioni di regolazione del flusso di percolato.

L’acqua condensata si raccoglie sul fondo delle camere di condensazione 17 (dalla parte opposta rispetto alla disposizione dei tappi 52) formando uno strato 49 di condensa che viene poi veicolata, come meglio dettagliato in seguito.

In accordo con forme di realizzazione alternative, le camere di condensazione 17 possono essere realizzate come lastre estruse del tipo polionda o cellulari (twin-wall sheet or cellular sheet) che, anche in presenza di una pressione interna, non possono che minimamente dilatarsi; una tale realizzazione alternativa comporta, oltre ad un più facile assemblaggio, alcuni vantaggi quali, ad esempio, un’assenza di spinta laterale sulle lamiere/lastre laterali 23, non richiedere che riempimenti nelle intercapedini 19 debbano sostenere una resistenza alla compressione e, inoltre, l’intrinseca presenza di condotti/profili longitudinali rende non necessario disporre i riempimenti 61 in dette intercapedini.

Le figure 5 e 5A/5B mostrano delle viste più dettagliate di una singola camera di condensazione 17.

La singola camera di condensazione 17 comprende, in corrispondenza delle porzioni superiori opposte alle porzioni inferiori rivolte in direzione del fondo 15 della gabbia 14, una porzione di un condotto 33 di alimentazione del vapore compresso e un collettore 58 di collegamento alla camera di condensazione 17; la sezione di tale collettore 58 può utilmente essere maggiore dello spessore della camera di condensazione 17 medesima in quanto le estremità laterali della camera di condensazione possono essere espanse/allargate sino ad occupare lo spazio altrimenti destinato all’intercapedine 19 così da permettere un più adeguato ed ampio collegamento tra collettore 58 e camera di condensazione 17, con tale compito facilitato dalla presenza dei profili 59 che garantiscono una migliore distribuzione del gas compresso (una similare disposizione di condotti e collettori e profili vale anche per l’estremità opposta della camera di condensazione 14 per lo spurgo del vapore arricchitosi di gas atmosferici (i riferimenti corrispondenti sono indicati con 35, 58’, 59’) e per lo spurgo dell’acqua condensata posizionato in corrispondenza della porzione inferiore opposta alla porzione superiore di cui sopra (i riferimenti corrispondenti sono indicati con 37 e 58’’).

Con riferimento alla figura 5A sono schematizzate le sezioni esemplificative di inserti (indicati, rispettivamente, con 60 in figura 5A e con 60’ in figura 5B) delle camere di condensazione 17. In considerazione della maggiore pressione presente all’interno di tali camere, detti inserti 60/60’ non hanno la funzione di fornire un sostegno meccanico, ma una diversa utilità; in particolare, il profilo 60, che è schematizzato più in dettaglio nella figura 7 come struttura ondulata, ha la funzione di veicolare con regolarità il vapore compresso nel suo percorso dal lato di alimentazione a quello opposto di spurgo ove arriva, a seguito della condensazione di una sua gran parte, con un notevole arricchimento dei gas atmosferici che erano disciolti nell’acqua salina alimentata ed è costituito preferenzialmente da un sottile foglio plastico termoformato a zig-zag con angolo di circa 90° e viene disposto con le venature in orizzontale e recanti incise delle fresature per permettere all’acqua che si condensa di raggiungere il fondo della camera di condensazione per essere poi spurgate attraverso il collettore 58’’. L’inserto 60, così strutturato, evita la formazione, nelle camere di condensazione 17, di “zone morte” alla condensazione che si possono formare a causa di una presenza eccessiva di gas atmosferici e che comporterebbe un innalzamento troppo elevato della pressione di compressione necessaria ad ottenere la condensazione, detto inserto assicura una veicolazione e una concentrazione più regolare e uniforme di tali gas.

La forma del profilo dell’inserto 60 è stata studiata per permettere una minore perdita di pressione per resistenza al moto a parità di spessore della camera di condensazione.

Il profilo dell’inserto 60’ è, invece, stato studiato per applicazioni di un più modesto sviluppo in lunghezza L della camera di condensazione 17 o per situazioni di condensazione in cui i gas atmosferici sono stati già sostanzialmente eliminati ed ha la funzione, tramite numerosissimi peli costituiti da materiali idrofili e rivolti verso l’alto, di rendere più sottile lo straterello di acqua condensante sulla superficie della camera di condensazione 17; un assottigliamento di tale straterello di acqua condensante, essendo esso uno dei maggiori responsabili della resistenza alla trasmissione termica, consente di migliorare il coefficiente globale di scambio termico e di aumentare, a parità degli altri parametri, la resa oraria per unità di superficie.

Con riferimento alle figure 6, 6A e 6B sono illustrate le caratteristiche di una intercapedine 19.

L’esistenza di una intercapedine 19 tra le superfici di due camere di condensazione 17 sottoposte a pressione è resa possibile esclusivamente dalla presenza di inserti distanziatori 61 che contrastano tali pressioni e che forniscono dei punti di appoggio i più ravvicinati possibile onde rendere fruibile l’utilizzo di film plastici più sottili quali pareti delle camere di condensazione (film plastici peraltro supportati nella resistenza alla deformazione anche dal sottile tessuto 51); detti inserti distanziatori 61 devono, inoltre, permettere nel contempo lo spurgo del vapore generato con la minore resistenza possibile (ogni resistenza al moto del vapore comporta una perdita di efficienza del dispositivo).

E’ da considerare che gli inserti distanziatori hanno un profilo a “zig zag” con angolo acuto come illustrato in Fig.7C o con profilo del tipo indicato in Fig.7D e vengono disposti con le scanalature in verticale così da permettere la fuoriuscita del vapore dal lato inferiore dell’intercapedine per poi, passando attraverso la lamiera forata o in rete del fondo 15, uscire anche dal “pacco” o blocco 16; tali profili forniscono tanti più fitti punti di appoggio e una tanto più notevole resistenza alla compressione quanto minore è lo spessore dell’intercapedine che può essere così vantaggiosamente ridotto sino al limite di circa 5 mm necessari per fornire una via di uscita del vapore senza eccessive perdite di pressione. Di seguito sono descritte le caratteristiche dell’apparato dell’invenzione con riferimento al suo bilancio termico.

Oltre al consumo elettrico, che si identifica sostanzialmente con quello dei compressori 18, l’apparato oggetto della presente invenzione necessita di due differenti apporti calorici: uno da fornire all’interno dell’elemento contenitore 12 e uno per completare il riscaldamento dell’acqua di alimentazione sino alla temperatura di ebollizione iniziale nei serbatoi 22; per valutare l’entità di tali contributi termici è necessario esaminare diversi bilanci termici e, in particolare, quello che riguarda il solo elemento contenitore 12 e quello globale che comprende anche i consumi termici per portare ad ebollizione l’acqua salina nei serbatoi 22 ed in aggiunta a questi anche l’apporto calorico più specifico degli scambiatori di calore in contro flusso 20.

Per quanto riguarda il bilancio termico relativo al solo elemento contenitore 12, i fattori che lo caratterizzano sono i seguenti:

a) le perdite termiche conduttive attribuibili alla differenza di temperatura dei vari componenti dell’elemento contenitore 12 con l’ambiente; si tratta di perdite di calore che, almeno in parte, dipendono anche dall’entità degli isolamenti termici e che non hanno una incidenza particolarmente importante per impianti non troppo piccoli;

b) le perdite di calore legate al fatto che l’acqua salina a concentrazione aumentata che viene spurgata (riferimento 40 in figura 1) ha una temperatura superiore a quella dell’acqua di alimentazione proveniente dai serbatoi 22 (con una differenza di temperatura pari alla differenza di BPE (Boiling Point Elevation) tra le concentrazioni saline iniziali e finali); una situazione similare si verifica per gli spurghi dell’acqua condensata benché in misura un po’ più ridotta poiché la condensazione avviene in più stadi;

c) le perdite termiche dovute agli spurghi di vapore per l’evacuazione dei gas atmosferici e ad altre inevitabili modeste perdite di vapore;

d) il contributo calorico positivo dovuto al fatto che praticamente tutta l’energia elettrica consumata per la compressione viene trasformata in calore, tenuto conto del fatto che il processo di separazione della soluzione salina in acqua distillata e soluzione più concentrata mostra una sostanziale invarianza di entalpia.

I fattori di cui alle voci a), b) e d) tendono a compensarsi o a mostrare un piccolo esubero calorico quando l’isolamento termico è molto efficiente e l’efficienza di compressione è bassa; in caso contrario (ossia quando l’isolamento non è valido e l’efficienza di compressione non è bassa) si può assistere ad una perdita calorica.

Per quanto concerne il fattore di cui alla voce c), il suo contributo può essere determinante soprattutto in assenza di soluzioni per ridurre l’impatto del problema dei gas atmosferici; uno spurgo pari all’1% del vapore prodotto comporta, infatti, una perdita termica di circa 6,3 kWh/t, valore che è ben superiore all’energia elettrica di compressione connessa che si perde con tale spurgo (pari a circa 0,04-0,05 kWh/t).

Considerando il bilancio termico globale dell’apparato si osservano i seguenti fattori:

e) le perdite termiche conduttive/convettive attribuibili alla differenza di temperatura con l’ambiente dei vari componenti del dispositivo (compresi gli scambiatori di calore 20 in contro flusso e i serbatoi di accumulo 22/24) sono perdite di calore in parte dipendenti anche dall’entità degli isolamenti termici e rimangono di non particolare importanza per impianti non troppo piccoli;

f) le perdite di calore legate agli spurghi dell’acqua condensata e dell’acqua salina concentrata prodotte nel processo e dovute alla differenza di temperatura con l’acqua di alimentazione dopo lo scambio di calore avvenuto negli scambiatori di calore 20 in contro flusso (è da considerare che gli scambiatori di calore 20 in contro flusso sono essenziali al raggiungimento di un buon bilancio termico - infatti, detti scambiatori di calore devono consentire il recupero di gran parte del calore contenuto negli effluvi per un sostanziale contenimento delle perdite termiche (tuttavia, l’impossibilità di azzerare le differenze di temperatura tra gli effluvi in uscita e l’acqua di alimentazione fa sì che tale tali perdite costituiscano una voce particolarmente importante));

g) devono, inoltre, essere prese in considerazione delle inevitabili modeste perdite di vapore non canalizzabili negli scambiatori di calore 20 in contro flusso;

h) a fronte delle perdite si ha il contributo positivo fornito dal fatto che tutta l’energia elettrica consumata per la compressione viene trasformata in calore.

Tuttavia, il contributo positivo di cui sopra non è sufficiente a compensare le perdite termiche e, inoltre, è comunque necessario fornire una quota di energia termica anche per varie differenti finalità quali, ad esempio, i) produrre il riscaldamento iniziale ad ebollizione dell’acqua di alimentazione ed il vapore per permettere l’avvio dell’impianto, ii) completare il riscaldamento sino alla temperatura di ebollizione dell’acqua di alimentazione preriscaldata negli scambiatori di calore 20 in contro flusso (si fa riferimento ai mezzi 25 di apporto di energia termica posti in corrispondenza dell’almeno un serbatoio 22), iii) compensare producendo vapore (tramite gli ulteriori mezzi 26 di apporto di energia termica disposti in corrispondenza dell’elemento contenitore 12) nell’elemento contenitore 12 le perdite termiche dovute agli spurghi resi necessari dalla presenza di gas atmosferici presenti nell’acqua alimentata), iv) mantenere in leggerissima sovrappressione il contenitore di evaporazione qualora si opti per operare a pressione atmosferica e senza una struttura a prova di completa tenuta a pressione, così da prevenire ogni possibilità di entrata di aria che sarebbe molto dannosa. A tale scopo può essere utile disporre all’interno del contenitore 12 degli spazi/volumi tampone pieni del vapore contenuto nel contenitore 12 che, in comunicazione con l’esterno, possano assorbire eventuali sbalzi di pressione interna al contenitore 12, ad esempio, dovuti all’avvio dei compressori o sbalzi di pressione esterna, ad esempio, dovuta a colpi di vento.

Per quanto concerne il bilancio termico del recupero di calore con gli scambiatori di calore 20 in contro flusso, essi hanno la funzione di preriscaldare l’acqua di alimentazione e di portarla alla temperatura il più vicino possibile a quella di ebollizione iniziale del processo; il differenziale di riscaldamento mancante deve poi essere fornito come energia termica e quindi è importante la maggior efficienza possibile.

I flussi utilizzabili per questo preriscaldamento sono di tre diverse nature: a) l’acqua a salinità concentrata di fine processo, b) l’acqua dolce condensata e c) gli spurghi di vapore legati alla presenza dei gas atmosferici e quelli dell’eventuale fase di leggera bollitura a completamento del riscaldamento al BPT (Boiling Point Temperature) nei serbatoi 22.

Altresì, per questo processo di scambio calorico a mezzo degli scambiatori 20 in contro flusso si rileva che la capacità termica (massa x calore specifico) dei flussi acquosi in uscita uguaglierebbe quella del flusso in entrata; tuttavia, poiché una seppur piccola parte dell’acqua di alimentazione è separatamente preriscaldata dallo spurgo di vapore, la capacità termica dei flussi caldi in uscita risulta superiore a quella dell’acqua alimentata in contro flusso agli stessi (ciò diminuisce, a parità di coefficiente globale di scambio termico, il delta di temperatura (∆T) tra il liquido preriscaldato e quelli riscaldanti). Inoltre, la temperatura media dei due flussi liquidi in uscita è leggermente superiore (di circa 0,4-0,8°C) a quella a cui l’acqua di alimentazione deve essere riscaldata (che è quella di ebollizione alla concentrazione salina iniziale o BPT) e i vapori spurgati condensando nello scambiatore di calore hanno la capacità di riscaldare l’acqua di alimentazione (nella misura di circa lo 0,6% dell’acqua per ogni kW h/t equivalente del loro calore latente di condensazione).

L’apparato di desalinizzazione sopra descritto in riferimento alle caratteristiche costruttive comporta la risoluzione di molteplici problematiche.

Come è noto, l'acqua marina contiene disciolta una piccola quantità di gas atmosferici pari a circa 650 micromoli per litro e a pressione atmosferica ed alla temperatura di 100°C il volume di tali gas corrisponde a circa 19,5 ml/litro. Si tratta di una quantità minima rispetto al volume del vapore che viene generato e tuttavia, nella misura in cui tali gas non vengono dispersi nella fase di riscaldamento che precede l’alimentazione nel contenitore di evaporazione (la loro solubilità diminuisce con l’aumentare della temperatura, ma il processo di rilascio non è completo e immediato), essi vengono poi rilasciati nella fase di evaporazione dell’acqua nel dispositivo e, se non eliminati, si concentreranno nella fase di condensazione del vapore nelle camere di condensazione 17; poiché la loro pressione parziale deve essere sottratta a quella totale per determinare la pressione utile del vapore per la condensazione alla temperatura desiderata, la loro presenza comporta inizialmente un rallentamento della condensazione fino poi a bloccarla del tutto. La presenza di gas atmosferici disciolti nell’acqua salina di alimentazione comporta, pertanto, la necessità di effettuare degli spurghi del vapore che si è arricchito di tali gas.

Gli spurghi di vapore, se non minimizzati, presentano il problema, non tanto di maggiori consumi unitari di energia elettrica, quanto di perdite termiche che comportano la necessità di integrare degli apporti calorici all’interno dell’elemento contenitore 12.

Per avere un’idea dell’entità di tali spurghi e dei costi energetici connessi si riportano i seguenti esempi:

- ipotizzando il caso estremo che non ci sia stata alcuna fuoriuscita dei gas aerobici nella fase di riscaldamento a 100°C e che l’evaporazione riguardi il 50% dell’acqua alimentata (ad esempio concentrazione da 35 ppt a 70 ppt) la pressione parziale sviluppata da tali gas atmosferici a 100°C risulterebbe di circa 2,4 Pa;

- in camera di condensazione applicando uno spurgo dell’1% del vapore compresso alimentato la pressione parziale del gas compresso raggiungerebbe i 240 Pa (o 120 o 480 Pa se lo spurgo fosse rispettivamente del 2% o dello 0,5%, ecc.);

- uno spurgo dell’1% di vapore comporterebbe un aumento del consumo di energia elettrica, in condizioni di efficienza ideale di compressione di circa 0.11 kWh/t oltre alla perdita dell’1% del vapore prodotto, ovvero di circa 0.13 kWh/t e ipotizzando una resa reale di compressione, ad esempio, del 65% comporterebbe una perdita di circa 0.20 kWh/t, ma soprattutto comporterebbe un aumento dell’energia termica da fornire all’elemento contenitore 12 di ca. 6,3 kWh/t (lo stesso esercizio vedrebbe con lo spurgo pari al 2% un aumento di consumo di energia elettrica di circa 0.13 kWh/t ed un contributo necessario di calore di circa 12,6 kWh/t o con uno spurgo dello 0,5% un aumento di consumo di energia elettrica di circa 0.36 kWh/t e un contributo necessario di calore di circa 3,2 kWh/t.).

L’apparato dell’invenzione consente di risolvere tali problematiche considerando il fatto che se si opera a pressione atmosferica è possibile non arrestare il riscaldamento dell’acqua nei serbatoi 20 al raggiungimento della temperatura di ebollizione, ma è possibile effettuare anche un breve periodo di ebollizione che permetta lo strippaggio di una buona parte dei gas atmosferici. Altresì, considerando quanto sopra descritto con riferimento alle caratteristiche costruttive dell’apparato, le camere di condensazione 17, sono provviste degli inserti 60 che permettono di avere tutta una parte del percorso nella camera di condensazione 17 poco o per nulla gravata in termini di efficienza energetica e cinetica.

Inoltre, è possibile effettuare l’evaporazione progressivamente in più fasi, ossia si possono tenere separare le varie sezioni evaporative dell’elemento contenitore 12 o perlomeno la prima di tali sezioni con setti o paratie di separazione 45 con superficie forata e posizionare, nell’ultimo scomparto o sezione di detto elemento contenitore 12, gli ulteriori mezzi 26 di apporto di energia termica disposti in corrispondenza dell’elemento contenitore 12 per produrre il vapore necessario a compensare gli spurghi. I gas atmosferici vengono in gran misura rilasciati nella fase di percolamento nel primo settore dell’elemento contenitore 12 e risulteranno qui confinati in quanto, poiché è da tale settore che uscirà la maggior parte degli spurghi, ma il vapore di reintegro è generato nell’ultimo scompartimento del medesimo elemento contenitore, vi sarà un flusso dalla sezione finale verso quella iniziale del contenitore che impedirà la diffusione dei gas atmosferici negli altri scomparti.

In questa situazione operativa aumentando la soglia di pressione parziale dei gas atmosferici a cui tararne lo spurgo nel primo scomparto dell’elemento contenitore (ad esempio a circa 2400 Pa in modo tale da operare a circa la stessa pressione di compressione applicata nell’ultimo settore dell’elemento contenitore si ottiene di limitare le perdite energetiche al/ai primo/primi steps con una forte riduzione a livello globale delle perdite di energia elettrica e dei contributi di calore da fornire (rimanendo nell’esempio di cui sopra con una concentrazione da 35 ppt a 70 ppt in 7 steps, le perdite di energia elettrica si riducono a circa 0.15 kWh/t ed i contributi di calore da fornire per compensare gli spurghi a soli 0,7 kWh/t).

Nelle condizioni operative del processo di desalinizzazione a pressione ambiente, il vapore è caratterizzato da un coefficiente di viscosità cinematica molto basso, un poco inferiore a quello dell’aria e questo fatto facilita molto il compito di contenere a livelli bassi la resistenza al moto all’interno della camera di condensazione 17 e dell’intercapedine 19 di evaporazione; infatti, la resistenza al moto del vapore tende ad abbassare il differenziale di pressione che promuove la condensazione/evaporazione e contestualmente il differenziale di temperatura che promuove la trasmissione del calore e quindi la resa quantitativa nell’unità di tempo o alternativamente, qualora la perdita di pressione venisse compensata da una maggiore pressione di compressione in ingresso, comporta una perdita di efficienza nel rapporto kWh per tonnellata di acqua condensata.

Allo scopo di evitare queste problematiche le intercapedini 19 di evaporazione dell’apparato dell’invenzione presentano un inserto distanziatore con profilo come schematizzato in figura 7C dal riferimento 61A o 61B in figura 7D, profili che a parità di spessore dell’intercapedine e di efficienza nella funzione di fornire punti di appoggio e resistenza alla pressione esercitata dal vapore delle camere di condensazione permettono la formazione dei condotti di evacuazione del vapore prodotto con la sezione più ampia possibile, mentre gli inserti delle camere di condensazione 17 presentano un profilo del tipo schematizzato nelle figure 7 e 7A che permette una efficace canalizzazione del vapore dalla zona di ingresso a quella di spurgo con dei micro - condotti dalla sezione più ampia possibile a parità di spessore e di lunghezza della camera di condensazione.

L’entità della compressione necessaria all’operatività dell’apparato dell’invenzione è molto bassa e normalmente inferiore ai 150 mbar. La viscosità cinematica del vapore saturo a 1 atm (atmosfera) è di circa il 5% inferiore a quella dell’aria alla stessa temperatura .

Una caratteristica dell’apparato dell’invenzione è quella di utilizzare vantaggiosamente più compressori 18 che possono operare a pressioni diverse e ciò consente di risparmiare energia essendo la pressione di compressione necessaria in vari steps di progressiva concentrazione della alimentazione salina differente e progressivamente in aumento; altresì, la portata e quindi la pressione operativa dei compressori sono modulabili a seconda della necessità di acqua condensata richiesta e l’efficienza in termini di consumo unitario energetico aumenta operando a regime ridotto.

La quantità di condensato prodotta dal dispositivo dipende da diversi fattori tra i quali si evidenzia, oltre al differenziale tra la temperatura di ebollizione e la temperatura a cui la pressione di compressione può produrre la condensazione, il coefficiente globale di scambio termico. Tale coefficiente globale di scambio termico dipende da numerosi fattori quali lo spessore e la conducibilità termica del diaframma di separazione tra zona evaporazione e zona di condensazione, lo spessore ed il moto degli straterelli di acqua che si formano sulla superficie di condensazione e che percolano sul lato evaporazione (i possibili valori del coefficiente globale di scambio termico nell’apparato dell’invenzione appartengono ad un intervallo piuttosto ampio valutabile indicativamente tra 300 - 800 W/(m<2>x°C).

A parità di altre condizioni l’apparato dell’invenzione può operare con produzioni maggiori aumentando l’entità dell’alimentazione del vapore nelle camere di condensazione 17 e conseguentemente la pressione di compressione; ciò tuttavia va a scapito del consumo unitario di energia elettrica. Per meglio chiarire, la tabella 1 schematizza i valori riportati con riferimento a 1m<3 >di “pacco” evaporativo operante a 1 atm e alcuni valori esemplificativi di produzione oraria e giornaliera con relativi consumi di energia ed in funzione dell’efficienza di compressione e del differenziale di temperatura (e quindi anche di pressione) tra camera di condensazione e intercapedine di evaporazione, il tutto per due differenti livelli di concentrazione finale di 55 ppt e 70 ppt a valere su di una alimentazione a 35 ppt .

La tabella riporta anche i dati relativi al consumo di energia termica in funzione del differenziale di temperatura per portare all’ebollizione l’acqua di alimentazione dalla temperatura a cui gli scambiatori di calore, in virtù della loro maggiore o minore efficienza, hanno potuto preriscaldarla. Si noti che, nonostante in termini energetici globali risulti favorita la soluzione di concentrazione 70 ppt, la soluzione di concentrazione a 55 ppt risulta preferibile in quanto in questo caso, nelle condizioni operative indicate, non viene raggiunto il livello di concentrazione salina a cui diviene possibile la formazione di precipitati di sali di CaSO4 (solfato di calcio), il fenomeno cosiddetto di “scaling”, molto fastidioso e che richiede pretrattamenti almeno parziali dell’acqua di alimentazione; sotto questo punto di vista la progressiva concentrazione della soluzione salina limita agli ultimi stadi di concentrazione l’eventuale formazione di incrostazione che si dovesse verificare per eventuali errori/disfunzioni e la grande accessibilità del dispositivo ne limiterebbe l’impatto negativo che è invece assai più grave nei dispositivi secondo la tecnologia nota di “vapor compression distillation”.

Come si può rilevare da quanto precede, sono evidenti i vantaggi che l’apparato di desalinizzazione dell’acqua marina della presente invenzione consegue.

L’apparato dell’invenzione comprende un elemento contenitore (che alloggia i mezzi di evaporazione) che non è a contatto diretto con l’acqua salina e, pertanto, abbatte le problematiche legate alla corrosione e al deposito su di esso di sedimenti, incrostazioni e simili.

Un ulteriore vantaggio, è rappresentato dal fatto che l’apparato dell’invenzione opera sostanzialmente a pressione ambiente (dunque in un intervallo di temperature di 100°C - 103 °C ) e, pertanto, l’elemento contenitore può essere definito da una struttura semplice, leggera, economica, ispezionabile, modulabile e, come conseguenza dell’assenza di contatto diretto con l’acqua salina, in materiale anche differente dai metalli resistenti alla corrosione e anche non in metallo.

Ulteriormente vantaggioso è il fatto che l’apparato dell’invenzione utilizza per evaporazione e condensazione dei pacchi compatti di ampie ma molto sottili camere di condensazione in materiale plastico alternate a sottili intercapedini, pacchi evaporativi con rapporti superficie evaporativa/peso e superficie evaporativa/unità di volume molto maggiori rispetto ai tubi metallici generalmente utilizzati dalla tecnica nota e, pertanto, fa uso di strutture con coefficienti di scambio termico per unità di volume molto maggiori oltre al fatto di essere più leggere, meno costose, non soggette al rischio di corrosioni.

Un ulteriore vantaggio è rappresentato dal fatto che la disposizione in pacchi e in gabbie con la creazione dello strato superiore 31 di acqua e il percolamento lungo le pareti verticali delle camere di condensazione costituiscono una disposizione molto efficace non solo nel fornire elevatissimi rapporti di superficie di scambio termico per unità di volume, ma anche una disposizione ideale per produrre l’evaporazione senza ebollizione e per raggruppare e semplificare tutti i vari e necessari collegamenti di alimentazione di acqua e di vapore compresso e di spurgo della soluzione salina concentrata, dell’acqua condensata e dei vapori di spurgo.

Un ulteriore vantaggio è rappresentato dal fatto che l’acqua di alimentazione viene fatta percolare lungo le pareti verticali costituite da camere di condensazione intercalate a intercapedini di evaporazione e raccolte in blocchi e che può essere in parte riciclata nella parte superiore dello stesso pacco blocco e in parte inviata al blocco successivo per procedere nella progressiva concentrazione.

Un ulteriore vantaggio nell’efficienza energetica del processo è rappresentato dal fatto che l’apparato dell’invenzione consente di effettuare l’evaporazione in più stadi a pressioni di compressione crescenti contestualmente con l’aumento progressivo di concentrazione della soluzione salina, ma sempre all’interno di un unico elemento contenitore.

Ulteriormente vantaggioso è il fatto che l’evaporazione senza ebollizione permette di avere un vapore completamente privo di sali e ciò comporta di non avere rischi di corrosione nel compressore e un’acqua condensata completamente priva di sali e, pertanto, non si richiede l’utilizzo, come avviene nella tecnica nota, di dispositivi atti ad abbattere, ma mai completamente, le piccole goccioline che in tali dispositivi si formano e si disperdono nel vapore e che contengono sali che comportano problemi di corrosione.

Un ulteriore vantaggio è rappresentato dal fatto che l’apparato dell’invenzione, sfruttando la possibilità di operare in più successivi stadi compartimentati con sottili teli o lamiere forate può ridurre la quantità globale di spurgo dei vapori contenenti i gas atmosferici concentrandola sostanzialmente alla quota di evaporazione che avviene nel primo stadio (o nei primi) con una efficace riduzione dell’entità globale degli spurghi stessi.

Benché l’invenzione sia stata sopra descritta con particolare riferimento a una sua forma di realizzazione data solo a scopo esemplificativo e non limitativo, numerose modifiche e varianti appariranno evidenti ad un tecnico del ramo alla luce della descrizione sopra riportata. La presente invenzione, pertanto, intende abbracciare tutte le modifiche e le varianti che rientrano nell’ambito delle rivendicazioni che seguono.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un apparato (10) per la desalinizzazione dell’acqua marina tramite distillazione a compressione di vapore, caratterizzato dal fatto di comprendere un elemento contenitore (12) termicamente isolato al cui interno sono disposte almeno due gabbie (14) comprendenti almeno un blocco (16) costituito da elementi accatastati comprendenti strati di camere di condensazione (17) ed intercapedini di evaporazione (19) intervallate tra loro, almeno due compressori (18) a bassa pressione, detto elemento contenitore (12) essendo modulabile, l’apparato comprendente, inoltre, almeno un serbatoio (22) di riscaldamento di acqua salina di alimentazione, almeno un ulteriore serbatoio (24) di raccolta di acqua condensata, mezzi (25) di apporto di energia termica in corrispondenza dell’almeno un serbatoio (22) di alimentazione ed ulteriori mezzi (26) di apporto di energia termica in corrispondenza dell’elemento contenitore (12), uno o più scambiatori di calore (20) di tipo in controflusso per un preriscaldamento dell’acqua marina di alimentazione ed in collegamento con gli spurghi di acqua salina concentrata (40), con l’acqua dolce condensata (42), con gli spurghi di vapore (44 e 44’), con l’almeno un serbatoio (22), con l’almeno un ulteriore serbatoio (24) e con la sorgente di acqua marina (41).
2. 2. L’apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la gabbia (14) comprende almeno un blocco (16) formato da una molteplicità di camere di condensazione (17) alternate ad una molteplicità di intercapedini di evaporazione (19), un fondo (15) che sostiene detto blocco (16) e che è sollevato/distanziato rispetto ad una vasca di raccolta (21) avente la funzione di raccogliere la soluzione salina percolata dal blocco (16), pareti laterali (23) che si sviluppano dal fondo (15) e al di sopra di un bordo superiore delle camere di condensazione (17) e che sono rinforzate all’esterno da traverse (23’) di rinforzo, un condotto (33) di alimentazione del vapore compresso che è disposto nella parte superiore della gabbia da parte opposta rispetto alla vasca di raccolta (21), un condotto (35) di spurgo del vapore con elevati livelli di gas atmosferici disposto nella parte superiore della gabbia da parte opposta rispetto al condotto di alimentazione del vapore compresso (33) ed un ulteriore condotto (37) di raccolta dell’acqua condensata disposto nella parte inferiore della gabbia (14) rivolta alla vasca di raccolta (21).
3. 3. L’apparato secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che il contenitore (12) è non a contatto con la soluzione salina.
4. 4. L’apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che gli almeno due compressori (18) sono disposti preferibilmente superiormente all’elemento contenitore (12) per aspirare il vapore che si produce in detto elemento contenitore (12) e sono collegati a ciascun blocco (16) della gabbia (14) a mezzo di tubi o condotte (30).
5. 5. L’apparato secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l’elemento contenitore (12) realizza l’evaporazione in una pluralità di stadi di progressiva concentrazione dell’acqua salina di alimentazione a pressione ambiente.
6. 6. L’apparato secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il fondo (15) è costituito da una lamiera forata o da una rete supportata da una griglia.
7. 7. L’apparato secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che le camere di condensazione (17) del blocco (16) sono costituite da un film (50) di tipo plastico e sono ricoperte da uno strato sottile di tessuto idrofilo (51), le intercapedini di evaporazione (19) che comprendono, in corrispondenza di una porzione di estremità superiore opposta alla porzione di estremità rivolta in direzione del fondo (15) della gabbia (14), tappi (52) in materiale gommoso e/o spugnoso che chiudono superiormente dette intercapedini di evaporazione (19) e premono parzialmente contro una porzione superiore delle camere di condensazione (17) per effetto della propria forza elastica e/o per effetto della pressione esercitata dal vapore compresso in dette camere di condensazione (17) e consentono la formazione e il contenimento di uno strato (31) di soluzione salina, uno strato (54) essendo disposto superiormente ai tappi (52) ed essendo realizzato in materiale poroso a definire un filtro di particolati eventualmente presenti nella soluzione salina di alimentazione che percola nel blocco (16), una parte di interfaccia della parte superiore delle camere di condensazione (17) con le pareti laterali della gabbia (14) comprendente sigillature (55) atte a evitare percolamenti incontrollati di liquido dallo strato di soluzione salina (31).
8. 8. L’apparato secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la camera di condensazione (17) comprende, in corrispondenza di porzioni superiori opposte alle porzioni inferiori rivolte in direzione del fondo (15) della gabbia (14), una porzione di un condotto (33) di alimentazione del vapore compresso e un collettore (58) di collegamento alla camera di condensazione (17), da parte opposta rispetto al condotto di alimentazione del vapore compresso essendo compresa una porzione di un condotto (35) per lo spurgo di vapore arricchito con gas atmosferici e un collettore (58’) di collegamento alla camera di condensazione (17) e, in corrispondenza di una porzione inferiore opposta alla porzione superiore essendo presenti una porzione di un condotto (37) di raccolta dell’acqua condensata ed un collettore (58’’), la sezione di detti collettori (58, 58’ e 58’’) essendo maggiore dello spessore della camera di condensazione (17).
9. 9. L’apparato secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l’elemento contenitore (12) comprende setti o paratie di separazione (45) tra le gabbie (14) che comprendono una superficie forata, sono disposti a separazione tra i blocchi (16) e sono atti a conseguire una unidirezionalità nel movimento del vapore all’interno del contenitore (12).
10. 10. L’apparato secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la singola camera di condensazione (17) comprende profili (59, 59’) atti a garantire, rispettivamente, una migliorata distribuzione del vapore compresso e dello spurgo del vapore arricchito di gas atmosferici, detti profili essendo disposti in corrispondenza delle porzioni di estremità laterali della camera di condensazione e collegati ai collettori (33) e (35).
11. 11. L’apparato secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le camere di condensazione (17) sono costituite da lastre estruse del tipo polionda o cellulari (twin-wall sheet o cellular sheet).
12. 12. L’apparato secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la singola camera di condensazione (17) comprende un film (50) di tipo plastico ed è ricoperta da uno strato sottile di tessuto idrofilo (51) avente una deformabilità calibrata così da permettere di regolare la deformazione indotta dal differenziale di pressione sul film plastico (50) che lo comprime contro i distanziatori (61) posti nell’intercapedine (19) e di far assumere al film (50) un profilo ondulato con venature rivolte verticalmente verso il basso.
13. 13. L’apparato secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le camere di condensazione (17) e le intercapedini di evaporazione (19) comprendono rispettivamente gli inserti distanziatori (60 o 60’) e l’inserto distanziatore (61), l’inserto (60) avente struttura ondulata ed essendo costituito da un sottile foglio plastico termoformato a zig-zag con angolo di circa 90° disposto con venature in orizzontale per regolare il flusso di vapore compresso direzionalmente dalla zona di ingresso a quella di spurgo dopo essersi arricchito di gas atmosferici e recanti incise delle fresature per permettere all’acqua che si condensa di raggiungere il fondo della camera di condensazione ed essere poi raccolta, l’inserto (60’) comprendendo una pluralità di peli costituiti da materiali idrofili e rivolti verso l’alto che si appoggiano al film (50) con la funzione di drenare verso il centro della camera di condensazione l’acqua che si condensa a contatto dello stesso, assottigliando così lo straterello di acqua che costituisce una resistenza agli scambi termici e migliorando così l’entità del coefficiente di scambio termico.