IT202000017623A1 - Dispositivo di condensazione e raccolta dell'acqua - Google Patents
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Description
TITOLO
DISPOSITIVO DI CONDENSAZIONE E RACCOLTA DELL?ACQUA
CAMPO TECNICO DELL?INVENZIONE
La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo di condensazione e raccolta dell?acqua del tipo precisato nel preambolo della prima rivendicazione.
Pi? nello specifico detto dispositivo ? atto a favorire la condensazione dell?acqua da aria umida e migliorare la velocit? di raccolta di detta acqua.
DESCRIZIONE DELLA TECNICA PRECEDENTE
Sono note le problematiche legate alla scarsit? d?acqua dolce e/o alla difficolt? di approvvigionamento in diverse zone del mondo, specialmente zone povere o particolarmente aride in cui soluzioni come acquedotti non garantiscono un trasporto capillare di detta acqua potabile su tutto il territorio.
Sono altres? note tecnologie atte a sfruttare caratteristiche strutturali e propriet? dei materiali al fine di condensare e raccogliere l?acqua da un flusso di aria umida.
Ad esempio, strutture chiamate stagni di rugiada sono da molti anni utilizzate in luoghi con elevata umidit? naturale che utilizzano le propriet? di materiali, principalmente naturali e di facile reperibilit?, al fine di raccogliere l?acqua da aria umida.
Ancora, ad esempio, pi? recentemente sono state sviluppate strutture come la Warka Water atte a raccogliere acqua da aria umida che principalmente sfruttano una elevata superficie di contatto con il flusso di aria umida.
Altre tecnologie di raccolta si basano sull?utilizzo di supporti in gel di silice, alla base dei normali deumidificatori casalinghi.
La tecnica nota descritta comprende alcuni importanti inconvenienti.
In particolare, spesso questi dispositivi di condensazione e raccolta hanno basse rese/efficienze dovute allo scarso utilizzo di nuove tecnologie.
Gli stagni di rugiada funzionano solo in luoghi ad elevata umidit?, richiedono una continua manutenzione, inoltre l?acqua raccolta tende a evaporare continuamente.
Ancora, ad esempio le Warka Water non utilizzano superfici dimensionalmente ottimizzate al fine di migliorare condensazione e raccolta dell?acqua.
In pi?, in questi dispositivi non vengono utilizzati materiali con propriet? fisiche e termodinamiche atte a ottimizzare la condensazione e la raccolta dell?acqua.
I supporti in gel di silice presentano una scarsa resa in termini di condensazione ed il substrato tende ad esaurirsi facilmente, inoltre in molti casi richiedo l?utilizzo di energia elettrica per espletare al meglio la loro funzione.
Un ulteriore problema della tecnica nota ? l?elevata permanenza dell?acqua condensata sulle superfici di condensazione, con conseguente alta probabilit? di evaporazione continua con perdite nette dell?acqua precedentemente accumulata.
Tecnologie pi? moderne utilizzano dispositivi necessitanti di una alimentazione elettrica, l?utilizzo di input esterni richiede un costo aggiuntivo costante rendendo la tecnologia poco accessibile ai fruitori finali.
In generale, tecnologie datate, per quanto inventive, oppure tecnologie poco caratterizzate da una attenta selezione dei materiali, non riescono ad apportare un reale vantaggio alla condensazione ed alla raccolta dell?acqua; difatti nonostante la grandezza in termini di dimensioni delle strutture, l?efficienza di detti dispositivi rimane piuttosto bassa, con l?ulteriore problema che molte delle suddette strutture necessitano di costante manutenzione.
SOMMARIO DELL?INVENZIONE
In questa situazione il compito tecnico alla base della presente invenzione ? ideare un dispositivo di condensazione e raccolta dell?acqua in grado di ovviare sostanzialmente ad almeno parte degli inconvenienti citati.
Nell'ambito di detto compito tecnico ? un importante scopo dell'invenzione ottenere un dispositivo ad alta efficienza di condensazione di acqua da aria umida.
Un altro importante scopo dell'invenzione ? realizzare un dispositivo atto a velocizzare la raccolta dell?acqua condensata sulle superfici di detto dispositivo limitando la permanenza dell?acqua condensata sulle superfici del dispositivo stesso.
In pi?, uno scopo della presente invenzione ? realizzare un dispositivo atto a funzionare senza alimentazione elettrica.
Un importante scopo della presente invenzione ? munire un dispositivo di condensazione e raccolta dell?acqua di elementi dimensionalmente studiati per ottimizzare la condensazione dell?acqua.
Un ulteriore scopo della presente invenzione ? dotare il dispositivo di condensazione e raccolta dell?acqua di materiali e trattamenti superficiali su detti materiali atti a interagire selettivamente su diverse fasi del processo di condensazione e raccolta dell?acqua.
Infine, uno scopo della presente invenzione ? realizzare un dispositivo in cui almeno parte di detto dispositivo ? atta ad essere prodotta tramite tecnologie di stampa 3D, additive printing o additive manufacturing.
Il compito tecnico e gli scopi specificati sono raggiunti da un dispositivo di condensazione e raccolta dell?acqua come rivendicato nella annessa rivendicazione 1.
Soluzioni tecniche preferite sono evidenziate nelle rivendicazioni dipendenti.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Le caratteristiche ed i vantaggi dell?invenzione sono di seguito chiariti dalla descrizione dettagliata di esecuzioni preferite dell?invenzione, con riferimento agli uniti disegni, nei quali:
la Fig. 1 mostra una forma di realizzazione del dispositivo secondo la presente invenzione, con una struttura sostanzialmente aperta in cima, mostrante due differenti forme di realizzazione della superficie di base, mostrante inoltre sistemi per la condensazione e la racconta migliorata dell?acqua;
la Fig. 2 illustra una forma di realizzazione alternativa del dispositivo secondo la presente invenzione, con viste laterali e dall?alto, avente una struttura sostanzialmente aperta composta da una pluralit? di superfici di base, mostrante inoltre sistemi per la condensazione e la racconta migliorata dell?acqua;
la Fig. 3 illustra una forma di realizzazione alternativa del dispositivo secondo la presente invenzione, con una struttura sostanzialmente chiusa definente un volume interno e sistemi per la condensazione e la racconta migliorata dell?acqua;
la Fig.45 mostra in dettaglio i sistemi per la condensazione e la raccolta migliorata dell?acqua secondo la presente invenzione;
la Fig. mostra ulteriori forme di realizzazione preferite della struttura del dispositivo secondo la presente invenzione; e
la Fig. 6 mostra ulteriori forme di realizzazione preferite della struttura del dispositivo secondo la presente invenzione.
DESCRIZIONE DI REALIZZAZIONI PREFERITE
Nel presente documento, le misure, i valori, le forme e i riferimenti geometrici (come perpendicolarit? e parallelismo), quando associati a parole come "circa" o altri simili termini quali "pressoch?" o "sostanzialmente", sono da intendersi come a meno di errori di misura o imprecisioni dovute a errori di produzione e/o fabbricazione e, soprattutto, a meno di un lieve scostamento dal valore, dalla misura, dalla forma o riferimento geometrico cui ? associato. Ad esempio, tali termini, se associati a un valore, indicano preferibilmente uno scostamento non superiore al 10% del valore stesso.
Inoltre, quando usati, termini come ?primo?, ?secondo?, ?superiore?, ?inferiore?, ?principale? e ?secondario? non identificano necessariamente un ordine, una priorit? di relazione o posizione relativa, ma possono essere semplicemente utilizzati per pi? chiaramente distinguere tra loro differenti componenti.
Salvo diversamente specificato, come risulta dalle seguenti discussioni, si considera che termini come "trattamento", "informatica", "determinazione", "calcolo", o simili, si riferiscono all'azione e/o processi di un computer o simile dispositivo di calcolo elettronico che manipola e/o trasforma dati rappresentati come fisici, quali grandezze elettroniche di registri di un sistema informatico e/o memorie in, altri dati similmente rappresentati come quantit? fisiche all'interno di sistemi informatici, registri o altri dispositivi di memorizzazione, trasmissione o di visualizzazione di informazioni.
Le misurazioni e i dati riportati nel presente testo sono da considerarsi, salvo diversamente indicato, come effettuati in Atmosfera Standard Internazionale ICAO (ISO 2533:1975).
Con riferimento alle Figure, il dispositivo secondo l'invenzione ? globalmente indicato con il numero 1.
Preferibilmente, detto dispositivo 1 di condensazione e raccolta acqua da aria umida comprendente genericamente almeno un serbatoio di raccolta 2 sormontato almeno da una struttura 3 di condensazione migliorata.
In questo testo si intende per struttura 3 una qualsiasi struttura autoreggente atta a fornire una superficie di condensazione all?acqua presente in un flusso di aria umida, in proporzioni dettate dalla umidit? relativa (RH) dello stesso flusso.
Detta struttura 3, come sar? chiaro dalla seguente descrizione dettagliata ? una struttura definente un volume chiuso oppure una struttura aperta, composta da almeno una oppure da una pluralit? di sezioni. Si noter? che le forme e le dimensioni delle sezioni della struttura 3 non sono limitanti nello scopo della presente invenzione, considerando per? che l?efficienza di estrazione di acqua da aria umida ? sostanzialmente proporzionale all?area della superficie di condensazione.
Un esempio della forma di realizzazione del dispositivo 1 secondo la presente invenzione in cui detta struttura 3 definisce un volume chiuso viene mostrata in Fig.3.
Ancora, un esempio della forma di realizzazione del dispositivo 1 secondo la presente invenzione in cui detta struttura 3 definisce una struttura aperta viene mostrata nelle Fig.1 e 2.
Nel presente testo, il termine generico sistemi per la condensazione e la raccolta migliorata dell?acqua si intendono una pluralit? di dispositivi e caratteristiche, come ad esempio almeno una caratteristica a scelta tra fori, nuclei di condensazione, aculei, scanalature direzionali percorsi dettati da caratteristiche fisiche e/o elettrostatiche di un materiale atte appunto a migliorare le prestazioni di condensazione e raccolta dell?acqua da un flusso di aria umida.
Si noti che detta pluralit? di dispositivi e caratteristiche, ovvero detti sistemi per la condensazione e la raccolta migliorata dell?acqua, pu? essere utilizzata in combinazione arbitraria, in quanto la mancanza di una o pi? delle citate componenti non pregiudica il funzionamento di detto dispositivo 1.
Ancora, preferibilmente, detta struttura 3 comprende almeno una superficie di base 30. Come mostrato nella Fig.1, e pi? nello specifico nella Fig.4, detta superficie di base 30 pu? essere molto articolata, ad esempio una superficie 30 definente un profilo a dente di sega oppure un profilo ondulato o ancora una superficie strutturata come una griglia, oppure in generale una superficie 30 pensata in modo da aumentare la superficie di contatto e condensazione tra detto dispositivo 1 e detto flusso di aria umida.
In una delle forme di realizzazione preferita dell?invenzione detto dispositivo 1 ulteriormente comprende una superficie esterna 30a caratterizzata da una bassa trasmittanza.
Ad esempio, detta superficie esterna 30a caratterizzata da una bassa trasmittanza pu? essere realizzata tramite trattamenti superficiali del materiale di base di detta struttura 3, da un ulteriore strato di materiale differente con specifiche caratteristiche termodinamiche o altro ancora.
In pratica detta superficie esterna 30a caratterizzata da una bassa trasmittanza ? principalmente atta all?abbassamento della temperatura del detto dispositivo 1, pertanto la detta superficie esterna 30a permette un controllo sulla radiazione solare incidente, in questo modo il vapore d?acqua atmosferico va in contro a cambiamento derivante dall?abbassamento della temperatura fino a quella di rugiada; Il punto di rugiada ? definito come quella temperatura alla quale il vapore acqueo si condensa dall'atmosfera, quindi, quella temperatura alla quale la pressione parziale del vapore acqueo presente nell'atmosfera ? uguale alla pressione di saturazione. Pertanto, alla temperatura equivalente al punto di rugiada e al di sotto di essa, l'acqua pu? essere estratta dall'atmosfera senza sprecare energia meccanica. Le dette superfici 30a possono essere ottenute tramite trattamenti superficiali, trattamenti superficiali su strati di materiale aggiuntivo apposto per ottenere dette caratteristiche o altro ancora.
In pi?, preferibilmente detta struttura 3 prevede, su detta superficie di base 30 ma anche su detta superficie esterna 30a del dispositivo, una pluralit? di nuclei 31 di condensazione sopraelevati rispetto a detta superficie di base 30 e/o rispetto a detta superficie esterna 30a.
Ancora, preferibilmente, la struttura 3 secondo la presente invenzione, prevede almeno su detta superficie di base 30 e su detti nuclei 31 scanalature direzionali 32 atte a convogliare in detto serbatoio di raccolta 2 l?acqua condensata su detta struttura 3.
? una forma di realizzazione preferita del dispositivo 1, una forma in cui dette scanalature direzionali 32 sono scanalature cilindriche, detti cilindri aventi un diametro compreso tra 1 e 5 mm.
Dette scanalature 32 sono ad esempio direzionate sostanzialmente verticalmente con il fine ultimo di indirizzare/incanalare sfruttando la discesa gravitazionale, amplificata dall?oscillazione del suddetto dispositivo 1 l?acqua condensata verso detto serbatoio 2. Si pu? notare come la presenza di dette scanalature 32 facilita la velocit? di raccolta impedendo lo stazionamento delle gocce condensate, facilitandone il movimento che inoltre sfrutta le caratteristiche polari del materiale costituente le dette scanalature 32 e le dimensioni delle stesse rispetto alla dimensione fisica di una goccia d?acqua, generando cos? percorsi preferenziali che limitano il tempo di permanenza dell?acqua condensata su detta struttura 3, detta acqua che, in caso di tempi di permanenza troppo lunghi, potrebbe evaporare nuovamente nel flusso di aria.
Inoltre, ? una forma di realizzazione preferita del dispositivo 1 secondo la presente invenzione, un dispositivo 1 in cui detta pluralit? di nuclei 31 ulteriormente comprende una pluralit? di aculei 33 atti ad aumentare la superficie di contatto con detta aria umida.
Preferibilmente, detta pluralit? di aculei 33 ha forma sostanzialmente aghiforme ed un diametro medio compreso tra 0,04 e 0,1 mm.
Ancora pi? preferibilmente, detta pluralit? di aculei 33 ha forma sostanzialmente aghiforme avente lunghezza compresa tra 0,1 e 10 mm.
Si fa notare che la forma di realizzazione aghiforme ? solo una delle possibili alternative si possono pertanto adoperare utilizzando anche in maniera alternata diverse forme geometriche anche non omogenee delle dette strutture aghiformi 33 Vantaggiosamente detti aculei risultano essere fondamentali nel facilitare il passaggio di stato e l?aggregazione delle particelle d?acqua presenti nella colonna d?aria, inoltre la detta pluralit? di aculei 33 espande la superfice di contatto dell?intero dispositivo di pi? di un ordine di grandezza riducendo su di un piccolo spazio un enorme superficie di contatto.
? una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, un dispositivo 1 in cui detta struttura 3 ? composta da una combinazione di almeno un materiale idrofobico ed almeno un materiale idrofilico.
Preferibilmente, detto materiale idrofobico delinea percorsi di convogliamento dell?acqua su detta struttura 3 verso detto serbatoio 2.
Infatti, detti percorsi elaborati vantaggiosamente migliorano di gran lunga la funzione di raccolta e trasporto della detta struttura 3, delle superfici 32, 31, 33, in quanto sono atti a creare pattern utili alla raccolta spingendo e delineando percorsi preferenziali per l?acqua condensata ad esempio cooperando con dette caratteristiche 32, 31 e/o 33 migliorano l?efficienza in termini di resa e di velocit? di trasporto dell?intero dispositivo 1.
Detta combinazione di almeno un materiale idrofobico ed almeno un materiale idrofilico pu? interessare anche solo la superficie di base 30 e/o la superficie esterna 30a, in quanto dette caratteristiche di idrofilicit? e idrofobicit? possono essere ottenute tramite trattamenti superficiali, trattamenti superficiali su strati di materiale aggiuntivo apposto per ottenere dette caratteristiche o altro ancora. Ad esempio, i detti canali 32 con fondo canale idrofobico e spazi tra canali idrofilici, alternativamente ? possibile che i percorsi di convogliamento ed i percorsi definiti dai canali siano differenti e/o intersecanti.
Alternativamente detta combinazione di almeno un materiale idrofobico ed almeno un materiale idrofilico pu? interessare l?intera struttura 3 del dispositivo 1, essendo detta struttura 3 composta da una combinazione, nel senso di giustapposizione, di detti materiali con dette caratteristiche.
Si ? parlato di strutture 3 sostanzialmente aperte come ad esempio quelle mostrate in Fig.1 e 2; alternativamente, secondo la presente invenzione detta struttura 3 pu? definire un volume interno 4 comprendente una superficie di base 41 comprendente una pluralit? di nuclei 32 di condensazione, scanalature direzionali 33 e fori di ingresso aria 42.
In questa forma di realizzazione alternativa della presente invenzione, mostrata in Fig.3, detti fori 42 sono atti a generare dei percorsi di ingresso preferenziali per l?aria umida Vantaggiosamente, nella forma di realizzazione del dispositivo 1 mostrata in Fig.3, viene a formarsi un sistema di movimento d?aria, atto a favorire il passaggio di aria umida dall?alto verso il basso passando dalle diverse sezioni della detta struttura 3; vantaggiosamente questo evento contribuisce all?abbassamento della temperatura raggiungendo quella di rugiada, forzando le particelle d?acqua presenti nell?aria al cambiamento di stato con conseguente condensazione su le dette strutture 3, 33, 31, 32.
Preferibilmente, secondo la presente invenzione, detto dispositivo 1 ulteriormente comprende un filtro 5 disposto tra detta serbatoio 2 e detta struttura 3.
A mo? di esempio, detto filtro 5 pu? essere un filtro purificatore atto a impedire il passaggio nel detto serbatoio 2 di eventuali residui indesiderati di natura biotica o abiotica, oppure il detto filtro 5 pu? fungere da matrice rilasciante sali nel caso in cui i serbatoio non sia di origine naturale e l?acqua sia destinata al consumo umano, quindi sar? possibile migliorare l?apporto salino dell?acqua condensata, ancora il detto filtro 5 pu? fungere da filtro demineralizzante nel caso in cui il detto dispositivo 1 trovi collocazione in zone adiacenti a fonti di acqua di origine mariana quali imbarcazioni e isole, in questo modo sar? possibile esercitare un controllo sul quantitativo di sali disciolti nell?acqua condensata giunta nel detto serbatoio 2.
Si potr? rilevare che il dispositivo 1 qui mostrato, e nello specifico il design della struttura 3, pu? essere pensato in generale per permettere ed incentivare stati vibrazionali di detta struttura 3 al fine di velocizzare e /o facilitare e/o favorire la discesa e la raccolta dell?acqua condensata
In pi?, preferibilmente, detto dispositivo 1 pu? ulteriormente comprendere mezzi 6 atti a permettere oscillazioni macroscopiche di detta struttura 3 su detto serbatoio 2.
In questo modo, le oscillazioni macroscopiche facilitano il movimento gi? incentivato dalle dette strutture 32 e le funzioni delle caratteristiche di idrofilicit? e idrofobicit? della detta struttura 3, che quindi oltre ad impedire lo stazionamento dell?acqua condensata sulle superfici della detta struttura 3 evita la naturale evaporazione successiva, favorendo lo spostamento dell?acqua condensata dei detti nuclei di condensazione 31 e dalle dette strutture aculiformi 33, dando la possibilit? a nuove particelle d?acqua di condensare andando in contro al passaggio di stato.
Ad esempio, detto dispositivo 1 pu? essere fissato su una base instabile atta a permettere spostamenti e/o scossoni atti a far cadere velocemente le gocce d?acqua condensata. Tutti i dettagli del dispositivo 1 fungono da amplificatori di effetto dell?efficienza dell?intero dispositivo 1, tutte le dinamiche fisiche studiante sono esaminate e applicate a tutte le suddette componenti, permettendo di realizzare un dispositivo con dimensioni contenute, ma con un?efficienza elevata, aumentando tutti i parametri di resa del dispositivo 1.
Si deve far rilevare che sono state qui descritte ed illustrate solo alcune forme di realizzazione preferite, ma che numerose varianti, aggiunte, modifiche e/o diverse combinazioni dei singoli elementi possono esservi apportate, senza per questo discostarsi dal concetto innovativo generale n? uscire dal suo ambito di protezione come risulta anche dalle rivendicazioni annesse.
L?invenzione ? suscettibile di varianti rientranti nell'ambito del concetto inventivo definito dalle rivendicazioni.
In tale ambito tutti i dettagli sono sostituibili da elementi equivalenti ed i materiali, le forme e le dimensioni possono essere qualsiasi.
Claims (10)
1. Dispositivo (1) di condensazione e raccolta acqua da aria umida comprendente almeno un serbatoio di raccolta (2) sormontato almeno da una struttura (3) di condensazione migliorata,
caratterizzato dal fatto che
detta struttura (3) ulteriormente comprende
almeno una superficie di base (30),
una pluralit? di nuclei (31) di condensazione sopraelevati rispetto a detta superficie di base (30), e
scanalature direzionali (32) atte a convogliare in detto serbatoio di raccolta (2) l?acqua condensata su detta struttura (3).
2. Dispositivo 1 secondo la rivendicazione 1, in cui detta pluralit? di nuclei (31) ulteriormente comprende una pluralit? di aculei (33) atti ad aumentare la superficie di contatto con detta aria umida.
3. Dispositivo 1 secondo ognuna delle rivendicazioni precedenti, in cui dette scanalature direzionali (32) sono scanalature cilindriche, detti cilindri aventi un diametro compreso tra 1 e 5 mm.
4. Dispositivo 1 secondo ognuna delle rivendicazioni precedenti, in cui detto dispositivo (1) ulteriormente comprende una superficie esterna (30a) caratterizzata da una bassa trasmittanza.
5. Dispositivo 1 secondo ognuna delle rivendicazioni precedenti, in cui detta pluralit? di aculei (33) ha forma sostanzialmente aghiforme ed un diametro medio compreso tra 0,04 e 0,1 mm.
6. Dispositivo 1 secondo ognuna delle rivendicazioni precedenti, in cui detta pluralit? di aculei (33) ha forma sostanzialmente aghiforme avente lunghezza compresa tra 0,1 e 10 mm.
7. Dispositivo 1 secondo ognuna delle rivendicazioni precedenti, in cui detta struttura (3) ? composta da una combinazione di almeno un materiale idrofobico ed almeno un materiale idrofilico, in cui detto materiale idrofobico delinea percorsi di convogliamento dell?acqua su detta struttura (3) verso detto serbatoio (2).
8. Dispositivo 1 secondo ognuna delle rivendicazioni precedenti, in cui detto dispositivo (1) ulteriormente comprende mezzi (6) atti a permettere oscillazioni macroscopiche di detta struttura (3) su detto serbatoio (2).
9. Dispositivo 1 secondo ognuna delle rivendicazioni precedenti, in cui detta struttura (3) definisce un volume interno (4) comprendente una superficie di base (41) comprendente una pluralit? di nuclei (32) di condensazione, scanalature direzionali (33) e fori di ingresso aria (42).
10. Dispositivo 1 secondo ognuna delle rivendicazioni precedenti, in cui detto dispositivo (1) ulteriormente comprende un filtro (5) disposto tra detta serbatoio (2) e detta struttura (3).
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| IT102020000017623A IT202000017623A1 (it) | 2020-07-21 | 2020-07-21 | Dispositivo di condensazione e raccolta dell'acqua |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| IT (1) | IT202000017623A1 (it) |
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2020
- 2020-07-21 IT IT102020000017623A patent/IT202000017623A1/it unknown
Patent Citations (10)
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