IT202100001781A1 - Reattore plasma-elettrolitico generatore di vapore saturo alimentato con acqua salata e tensione 230vdc - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

BREVE DESCRIZIONE: Il trovato trasforma energia elettrica in calore e si inserisce sia nel campo dei generatori di vapore sia in quello delle celle elettrolitiche, ? costituito da un involucro cilindrico pressurizzabile in cui sono presenti peculiari dispositivi in particolari posizioni, forme e materiali detti : anodo, catodo, sistema di ingresso di elettrolita fresco, sistema di uscita di vapore e sistema di scarico dei fanghi oltre all'acqua salata elettricamente conduttiva propriamente detta elettrolita e presente all' interno dell?involucro in modo che il suo livello sia tale da bagnare parzialmente il catodo e sommergere l?anodo permettendo la conduzione elettrica nel circuito anodo-elettrolita-catodo; ? proprio del trovato il normale funzionamento caratterizzato da un volume stabile di plasma caldo che avvolge la parte del catodo immersa evaporando l?elettrolita e producendo vapore; il catodo del trovato ? connesso al polo negativo e l?anodo al polo positivo dell?alimentazione elettrica esterna come in una particolare cella elettrolitica normalmente alimentata da potenza elettrica a tensione continua con voltaggio superiore a 200VDC mentre produce principalmente vapore surriscaldato dal lato superiore e fango sedimentato nel fondo dell?elettrolita e espulso dal fondo del contenitore.

IMPIEGO DEL TROVATO: L'applicazione che l'autore identifica come innovativa ? quella di generatore piccolo e molto potente di vapore surriscaldato tra 200?C e 450?C da usare come sorgente di calore industriale non inquinante e a bassa pericolosit? ad esempio per il riscaldamento e sterilizzazione di attrezzature e strumenti chirurgici, inoltre il vapore a valle di un particolare utilizzatore risulta essere un prodotto secondario al quale poter dare ulteriore valenza commerciale di acqua dolce per condensazione o di fonte di calore per il riscaldamento di ambienti abitabili con opportuni circuiti caloriferi di dispersione; in luoghi adiacenti il mare il presente trovato risulta particolarmente vantaggioso poich? la sua alimentazione con acqua di mare ? possibile previa una grossolana filtrazione delle impurit? in sospensione . Il modello pi? efficiente che l?autore e scrivente ha testato nelle sue ricerche personali ? in foto nella figura 2 allegata dove un esempio di trovato reale ? inscrivibile in un volume di dimensioni 15cm per 15cm per 60cm ed ha espresso in funzionamento continuo lungo giorni un valore medio di potenza termica di 12KWh senza mostrare segni di usura da funzionamento.

DESCRIZIONE DELLO STATO DELL?ARTE PRECEDENTE IL TROVATO: Nella storia della tecnologia delle celle elettrolitiche la presenza di plasma ? sempre stata ritenuta distruttiva oltre che pericolosa e quindi da evitare fino a che non sono stati trovati materiali (leghe di metalli resistenti a temperature superiori a 1500?C) e scopi che hanno indotto i ricercatori all?impiego di questo stato della materia (plasma) in celle elettrolitiche (contenitori in cui confinare reazioni chimico-fisiche innescate e mantenute con corrente elettrica in genere di basso voltaggio minore di 50V sia continua che alternata) evolvendo i metodi di produzione, di deposizione e di abbattimento di particolari elementi e composti chimici, determinando lo sviluppo di particolari settori dell?industria. Solo negli ultimi decenni l?evoluzione tecnologica ha permesso lo sfruttamento industriale dello stato di plasma caldo per scopi principalmente metallurgici. Oggi sono noti pochi metodi, processi e dispositivi capaci di impiegare plasmi controllati per la produzione o conversione di energia elettro-chimica in celle elettrolitiche evolute (con materiali e schemi costruttivi innovativi rispetto alle pratiche senza plasma). Nel campo delle ricerche documentali svolte dall?autore circa la tecnica delle celle plasma-elettrolitiche il trovato si distingue per avere solo plasma-catodico stabile, per non produrre idrogeno (sono presenti solo tracce disperse nel vapore), per l?uso della particolare alimentazione elettrica continua ad alto voltaggio, per la presenza e la particolare forma e disposizione spaziale di catodo, anodo e aree di ingresso di elettrolita fresco, di uscita di vapore e dei fanghi di scarto, per i particolari rapporti tra le aree caratteristiche catodiche e catodiche-anodiche e per l?assenza di fenomeni di placcatura o deposizione di speci chimiche per cui il trovato ? molto diverso da qualunque cella elettrolitica con e senza plasma e quindi innovativo oltre che semplice e molto efficiente. Le precise relazioni matematiche che esprimono i fenomeni fisico-chimici per come sono disposti nelle celle al plasma-elettrolitico sono state reperite dall?autore e scrivente nei testi universitari di f?sica-nano-elettronica come ?Electronic trasport in mesoscopic System? (prima edizione del 1997) del prof. Datta nella trattazione della Conduttanza di Landauer nella ?legge di Ohm? e nel ?principio di Joule? mentre l?autore e scrivente ? titolare di una laurea in Ingegneria Aerospaziale Industriale che gli permette di gestirne responsabilmente gli aspetti di ricerca documentale, sperimentali, progettuali, produttivi e della sicurezza propri per l?impiego industriale del trovato .

DESCRIZIONE DETTAGLIATA: Il trovato ? composto da un contenitore (n.1 in fig.1) per liquidi elettrolitici detto anche cella o reattore elettrolitico, pu? essere pressurizzato ed ? dotato di un catodo (n.5 in fig.1) di lega di Wolframio (simbolo chimico W detto commercialmente anche tungsteno) parzialmente sommerso, un anodo (n.7 in fig.1) completamente sommerso e un elettrolita acquoso (n.6 in fig.1) alimentati da tensione elettrica continua con valore superiore a 200VDC (ai morsetti indicati come e - in fig.1) , ? dotato anche di un sistema di addizione di nuovo liquido elettrolitico (n.11 in fig.1), di un sistema di scarico (n.9 in fig.1) per i fanghi di deposito dal fondo del recipiente ed ? caratterizzato da un funzionamento normale in cui la parte sommersa del catodo, ovvero la parte del catodo che risulta essere pi? bassa del livello superiore del liquido elettrolitico interno medio, ? completamente avvolta da un volume di plasma (n.12 in fig.1) che produce molto calore, vapore (n.13 in fig.1) e abbassamento per evaporazione del livello di liquido elettrolitico che viene mantenuto all'incirca costante con la contemporanea immissione (n.10 in fig.1) di liquido elettrolitico fresco .

Il catodo ? realizzato in lega di Wolframio (Tungsteno) e durante il normale funzionamento ? semi-sommerso nell'elettrolita per meno di met? ovvero in modo che pi? di met? della superficie del catodo ? a quota superiore al livello superiore dell'elettrolita interno al contenitore del trovato stesso.

La parte non sommersa del catodo ? supportata meccanicamente e connessa elettricamente ( - in fig.1) ad una distanza opportuna dalla parte immersa in modo che il materiale del supporto (n.4 in fig.1) e quello del contatto elettrico non sono danneggiati per eccesso di temperatura; il supporto meccanico del catodo ? fatto di un materiale tale da isolare elettricamente il catodo e la sua connessione elettrica dal materiale dell?involucro contenitore e del tappo (n.1 e 2 in fig.1) .

Il trovato funziona in regime di normale funzionamento quando: il circuito in figura 1 di -catodo/elettrolita/anodo+ ? alimentato elettricamente a tensione continua superiore a 200 VDC, una nuvola di plasma caldo avvolge completamente la parte immersa del catodo producendo l'evaporazione dell'elettrolita mentre un sistema di addizione (n.11 e 16 in fig.1) di nuovo elettrolita fresco ne controlla e mantiene il livello interno quasi costante, la parte immersa del catodo di tungsteno ? al calor bianco o giallo-bianco e ? circondata da plasma (n.12 in fig.1) da dove il vapore esce appena creato .

Un sistema di scarico dell'elettrolita (8 in figura 1) ? presente nella parte pi? profonda del contenitore (9 in figura 1) del trovato in modo da permettere la fuoriuscita controllata dall? esterno del trovato del fango di scarto dal fondo dell'elettrolita e attraverso il fondo del contenitore periodicamente durante il normale funzionamento.

I centri delle aree di ingresso (n.10 in fig.1) da dove l'elettrolita fresco viene introdotto nel volume dell? elettrolita interno alla cella (16 in fig.1) sono ad una altezza distante dal catodo almeno tre quarti dell'altezza totale del volume dell'elettrolita interno (6 in fig.1) tipica del normale funzionamento ovvero si trovano nella zona pi? profonda dell? elettrolita lontana dal fondo meno di un quarto dell?altezza dell?elettrolita.

L'anodo (7 in fig.1) ? completamente immerso nell'elettrolita e pu? essere formato da molti tipi diversi di materiali conduttivi specialmente quelli ad elevata resistenza alla corrosione elettrochimica come acciaio inossidabile, grafite, titanio, rame, bronzo, platino e altri con simili propriet?; in ogni modalit? di funzionamento del presente trovato le parti metalliche dell'anodo bagnate dall'elettrolita sono fonte di ossigeno "nascente" ( molecole gassose stabili di ossigeno: O2 ) in forma di piccole bollicine come in una normale cella elettrolitica che compie l?elettrolisi dell?acqua per cui il vapore ? dotato di una particolare aggressivit? ossidativa che affligge tutte le parti metalliche non opportunamente rivestite che vengono in contatto con tale vapore come tubazioni e particolari utilizzatori integrabili con il circuito del vapore prodotto dal trovato e da cui il trovato non dipende.

Il rapporto tra le aree della superficie metallica sommersa dell'anodo (7 in figura 1) e di quella sommersa del catodo (5 in figura 1) ? superiore ad almeno otto (8) cio? l?area della superficie sommersa dell'anodo ? superiore a pi? di otto volte l?area della superficie sommersa del catodo per ragioni sperimentali verificate dall?autore e che sono ritenute come esclusivamente efficaci e proprie del trovato.

Il funzionamento del trovato ? caratterizzato anche da una fase di avviamento a freddo che ? diversa dal normale funzionamento poich? l?alimentazione elettrica esterna ? spenta o accesa da pochissimo tempo, la parte sommersa del catodo non ? completamente avvolta dal plasma ed il circuito elettrico tra i contatti e -in figurai e formato da catodo, elettrolita e anodo ha reattanza resistiva equivalente nulla (cio? ? un cortocircuito) mentre nel funzionamento normale ? stabilmente superiore a circa 20 Ohm; la modalit? di funzionamento di avviamento dura non meno di un secondo (1?) durante il quale il sistema di alimentazione elettrica esterna di anodo e catodo mantiene la frequenza nulla (O Hz ovvero tensione costante o propriamente detta ?raddrizzata?) e il voltaggio ad un valore maggiore di 200VDC limitando opportunamente l'amperaggio sotto i valori di danneggiamento degli elementi elettrici e elettronici del sistema di alimentazione esterno stesso fino al raggiungimento delle condizioni di normale funzionamento.

L'autore del trovato ha progettato e realizzato diversi particolari sistemi elettronici di controllo dell'alimentazione elettrica del catodo-elettrolita-anodo esterna al trovato di cui il pi? economico e durevole ? costituito da due ben noti circuiti detti ?phase control dimmer? e ?raddrizzatore a ponte di wheatstone? opportunamente dimensionati al caso e montati in questa serie dalla rete elettrica al trovato senza ledere l?indipendenza delle caratteristiche del presente trovato da questi particolari sistemi esterni agli elementi del trovato che possono essere alimentati da circuiti elettrici completamente diversi da quelli preferiti nell?esperienza dell?autore ma equivalenti a questi nel fornire potenza elettrica a tensione costante maggiore di 200 VDC a corrente controllabile necessari per attivare e mantenere attivato propriamente il trovato in ogni suo modo di funzionare: avviamento, normale e spegnimento.

Le analisi dei fanghi di deposito dopo vari periodi di funzionamento con vari tipi di Sali disciolti per rendere conduttiva l?acqua dell?elettrolita hanno dimostrato che i fanghi sono principalmente composti da molecole leggere metalliche ferromagnetiche prodotte dal degradamento dell?acciaio appartenente all?anodo e che sono anche trasportate dal vapore prodotto e depositate nel serbatoio di condensa tanto da permetterne il rilevamento visivo dopo un tempo di qualche minuto di funzionamento normale; la loro presenza in sospensione nell?elettrolita oltre una certa quantit? disturba il normale mantenimento della nuvola di plasma e obbliga ad uno scaricamento periodico tramite la luce di scarico.

Il contenitore tipico del trovato ? chiuso superiormente in modo da essere pressurizzabile e non produrre fuoriuscita di schizzi di liquido grazie ad una parte del tappo forato (?2? in figura 1) che permette la fuoriuscita unicamente del vapore prodotto mentre una parte del tappo fissa meccanicamente il catodo, l?anodo e eventualmente il sistema di ingresso di elettrolita fresco senza ledere la generalit? del trovato stesso che risulta funzionante come gi? descritto anche senza un tappo e disponendo in altro modo detti supporti e l?uscita del vapore prodotto internamente come attraverso eventuali fori laterali al contenitore o chiuso parzialmente da parti di macchine termiche o di scambiatori da cui il presente trovato non ? dipendente anche se queste svolgessero le funzioni di tappo forato attraversate dal vapore prodotto .

I particolari catodi impiegati dall?autore del presente trovato sono in tungsteno (leghe commerciali di wolframio W) in forma di barre cilindriche (visibili come elemento n.5 in figura n.1 o internamente al dispositivo n.1 in figura n.2 e 3 e come anche gli elementi 5 in figura n.4 ) con diametri da 1' (1 pollici = 25,4 mm) e da 11/4 commercializzati per l'uso come utensili per frese e tomi; l'autore del trovato ha acquistato tutti gli elementi costituenti il trovato come elementi della normale fornitura di parti da ferramenta commerciale; l'autore del trovato ha usato particolari strumenti e dispositivi istallati e tarati a regola d'arte e procedure standard per le misure dirette e indirette della potenza elettrica esterna, dell'entalpia media del vapore in uscita, dei valori di pressione, temperatura e conducibilit? elettrica dei fluidi interni, della portata di elettrolita in ingresso, degli intervalli di tempo, dei valori di tensione e corrente elettrica principali, dei valori di temperatura, dei valori di potenza elettro-magnetica dispersa, della composizione dei fanghi di sedimentazione , per cui ? stato possibile valutare il trovato da parte dell'autore e scrivente come innovativo, sicuro per l?uso domestico, commercialmente profittevole per l?impiego industriale e rispettoso dell?ambiente oltre che ben inseribile nel ciclo dell?economia circolare nella zona dei dispositivi ati alla depurazione di acque fortemente inquinate con co-generazione secondaria di vapore saturo in pressione .

ELENCO DELLE FIGURE

Figura 1 _ Schema Generale : n. polo positivo connettore potenza esterna ; n. - polo negativo connetore potenza esterna; n.1 Contenitore; n.2 Tappo; n.3 Connessione eletrica Anodo; n.4 Supporto Catodo; n.5 Catodo; n.6 Eletrolita; n.7 Anodo; n.8 Centro Area di scarico; n.9 Scarico Fango; n.10 Centro Area di ingresso Eletrolita Fresco; n.11 Ingresso Eletrolita Fresco; n.12 Plasma; n.13 Volume Vapore; n.14 Centro Area Uscita Vapore; n.15 Uscita Vapore; n.16 Ingresso Esterno Eletrolita Fresco; n.17 Centro Area Uscita Vapore Esterno.

Figura 2 _ n.1 Contenitore; n.2 Tappo; n. polo positivo connetore potenza esterna; n. - polo negativo connetore potenza esterna; n.11 Ingresso Elettrolita Fresco; n.17 Uscita Vapore; n.9 Scarico Fango con Valvola Manuale; n.18 Valvola di Non Ritorno per Liquidi; n.19 Pompa 15bar per Liquidi a solenoide .

Figura 3 _ n.1 Contenitore; n.2 Tappo; n. polo positivo connetore potenza esterna ; n. - polo negativo connetore potenza esterna; n.11 Ingresso Eletrolita Fresco; n.16 Ingresso Esterno Eletrolita Fresco; n.17 Centro Area Uscita Vapore Esterno ; n.18 Valvola di Non Ritorno per Liquidi; n.19 Pompa 15bar per Liquidi a solenoide ; n.20 Contenitore Trasparente Circolare Senza Tappo per Prove; n.21 Contenitore Ellitico Trasparente Senza Tappo per Prove.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI

   1 ) Contenitore per liquidi elettrolitici detto anche cella o reattore elettrolitico dotato di un catodo di lega di Wolframio (simbolo chimico W commercialmente noto anche come tungsteno) parzialmente immerso, un anodo completamente sommerso e un elettrolita acquoso alimentati da tensione elettrica continua con valore superiore a 200VDC, dotato di un sistema di immissione di liquido elettrolitico fresco dall?esterno e dotato di una modalit? di funzionamento normale in cui la parte sommersa del catodo, ovvero la parte del catodo che risulta essere pi? bassa del livello superiore del liquido elettrolitico interno ? completamente avvolta da un volume di plasma che produce molto calore, vapore e abbassamento del livello di liquido elettrolitico per evaporazione che viene mantenuto all'incirca costante con l'immissione di liquido elettrolitico fresco .
2. 2) Contenitore per liquidi elettrolitici come nella rivendicazione precedente e caratterizzato anche dalla presenza di un sistema di scarico dal fondo dell?elettrolita del fango che si sedimenta col funzionamento.
3. 3) Contenitore per liquidi elettrolitici come nelle rivendicazioni precedenti e caratterizzato anche dal posizionamento del catodo di tungsteno in modo che nel normale funzionamento la parte sommersa del catodo ha superficie minore della met? della superf?cie totale del catodo stesso mentre questo ? supportato meccanicamente e collegato elettricamente dalla parte non sommersa della sua superficie.
4. 4) Contenitore per liquidi elettrolitici come nelle rivendicazioni precedenti e caratterizzato anche dal valore dell?area della superficie metallica conduttiva completamente immersa dell'anodo di valore superiore a almeno otto (8) volte l?area della superficie del catodo sommersa dall'elettrolita durante il funzionamento.
5. 5) Contenitore per liquidi elettrolitici come nelle rivendicazioni precedenti e caratterizzato anche dalla posizione del centro dell?area di immissione di liquido elettrolitico fresco nella parte inferiore e pi? profonda dell'elettrolita interno al contenitore ad una distanza minima dal catodo maggiore di tre quarti dell'altezza totale del liquido elettrolitico stesso.
6. 6) Contenitore per liquidi elettrolitici come nelle rivendicazioni precedenti e caratterizzato anche da una modalit? di funzionamento di avviamento della durata di non meno di un secondo (1") all'inizio della quale viene applicata la tensione elettrica continua con voltaggio superiore a 200 VDC ad anodo (+) e catodo (-) e durante la quale si raggiunge le condizioni di normale funzionamento con la costituzione della zona di plasma attorno alla parte immersa del catodo, la produzione di vapore e il consumo del liquido elettrolitico per evaporazione .
7. 7) Contenitore per liquidi elettrolitici come nelle rivendicazioni precedenti e non dipendente ne da un particolare sistema elettrico-elettronico di generazione, trasformazione e controllo della potenza elettrica esterna fornita al circuito catodo-elettrolita-anodo del trovato, n? da un particolare sistema di pompaggio e immissione di elettrolita fresco, n? da una particolare scelta del materiale elettricamente conduttivo costituente l'anodo, n? dalla particolare scelta di uno o pi? sali da disciogliere in acqua per la costituzione del liquido elettrolitico elettricamente conduttivo per le fasi di funzionamento normale e di avviamento, ne dalla particolare forma e materiali costituenti il contenitore, il tappo e tutti i sistemi di supporto di anodo, catodo, immissione e drenaggio liquidi ed emissione di vapore, n? da un particolare sistema di misura o valutazione del valore dell'altezza del volume interno di liquido elettrolitico, n? da un particolare sistema di sedimentazione e scarico dei fanghi di deposito nel liquido elettrolitico dal fondo del trovato, n? da un particolare sistema di scarico del vapore nella parte superiore del contenitore, n? da un particolare sistema scambiatore o macchina termica atti allo scambio di calore con il vapore prodotto nel trovato, n? dai particolari sistemi di isolamento elettrico, termico e elettromagnetico delle parti esterne o di rivestimenti interni dell' insieme degli elementi propri del trovato, n? da particolari sistemi di misura di temperatura, pressione, voltaggio o amperaggio applicabili al trovato ed infine non dipendente neanche dall'eventuale disposizione di sistemi di chiusura parziale del contenitore atti al controllo e mantenimento di una particolare pressione interna ne limitando la fuoriuscita del vapore prodotto ne introducendo gas in pressione .