ITAN20090009A1 - Apparato per produzione autonoma almeno di acqua dolce da dissalazione marina. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo:

APPARATO PER PRODUZIONE AUTONOMA ALMENO DI ACQUA DOLCE DA DISSALAZIONE MARINA .

Il presente trovato si riferisce in generale ai processi di produzione di acqua dolce da dissalazione dell'acqua di mare; e concerne un apparato per dissalazione autonoma.

Il trovato è previsto indicativamente, ma non per questo limitativamente, per equipaggiare un natante, eventualmente in abbinamento con un generatore di energia elettrica in modo da fornire al natante medesimo sia una riserva di acqua dolce che di energia elettrica.

Nelle imbarcazioni da diporto, di medie dimensioni, per soddisfare le principali esigenze di avere a bordo adeguate riserve di acqua dolce ed adeguate riserve di energia elettrica per l'avviamento del motore di propulsione, è noto ricorrere all'impiego di serbatoi di stoccaggio dell'acqua e di batterie di accumulatori.

Quando la stazza del natante si accresce, ai serbatoi dell'acqua e agli accumulatori elettrici si aggiungono specifici apparati dissalatori dell'acqua marina e specifici generatori elettrici.

I primi sono funzionanti, normalmente sul noto principio dell'osmosi inversa; i secondi sono alimentati normalmente da gasolio onde detenere a bordo un unico tipo di combustibile utilizzabile indifferentemente sia per alimentare i motori di propulsione del natante, sia i motori di azionamento dei servizi di bordo ad esso relativi.

U impostazione costruttiva sopra descrìtta - benché di generalizzato impiego - presenta però molteplici svantaggi.

Infatti, la presenza a bordo di serbatoi di acqua e di batterìe di accumulatori comporta : occupazione di spazio (che è tanto più elevata, quanto più alta è la riserva desiderata per Cuna e per l'altra risorsa); presenza a bordo di elevato peso morto; e costi di impianto e di attrezzamento particolarmente elevati.

E' da rilevarsi che i convenzionali dissalatori ad osmosi inversa richiedono una pompa ad alta pressione con notevole assorbimento elettrico che rende indispensabile la presenza di un generatore elettrico pena la rapida scarica delle batterìe di bordo.

I generatori elettrici sono causa, inoltre, di un ulteriore problema rappresentato dal fatto che essi si attivano automaticamente quando il livello di carica delle batterìe di accumulatori raggiunge un valore di soglia minimo prestabilito.

Quando ciò accade, e soprattutto nelle ore notturne, ciò è fonte di notevole disturbo per le persone presenti a bordo e sulle imbarcazioni ormeggiate nelle vicinanze,

Primario scopo del presente trovato è pertanto quello di dissalare l'acqua marina con un apparato nuovo ed originale che è atto ad attivare il processo di dissalazione sfruttando parte del calore di funzionamento dello stesso propulsore del natante: il che consente di semplificare enormemente la struttura fisica dell'apparato di dissalazione; e consente di disporre di acqua dissalata durante il funzionamento del motore, potendo ridurre la capacità di stoccaggio dei serbatoi di acqua cui attingere a propulsore fermo.

La semplificazione della struttura fisica dell'apparato incide owiamente anche sulla riduzione dei costi di impianto e di esercizio. Inoltre si riflette positivamente anche sull' affidabilità dell'apparato che, in ambito marino, è notoriamente una irrinunciabile prerogativa di sicurezza.

Un ulteriore scopo del trovato è quello di fornire, in abbinamento, o in alternativa al motore primario di propulsione, quale sorgente energetica per l'attuazione della dissalazione, un motore primo ausiliario particolarmente semplice, affidabile ed economico, che possa essere sfruttato anche per la generazione combinata di energia elettrica.

Altro scopo del trovato è quello di rendere disponibile anche un motore primo ausiliario che sia particolarmente silenzioso e, come tale attivabile in qualsiasi ora del giorno, senza arrecare disturbo alcuno né alle persone di equipaggio, né alle persone presenti a bordo delle imbarcazioni vicine.

L'invenzione, in accordo con i suddetti scopi, ha caratteristiche tecniche che sono chiaramente deducibili dal contenuto delle rivendicazioni sotto riportate, in particolare dalla rivendicazione 1 e, inoltre, da una qualsiasi rivendicazione dipendente, direttamente o indirettamente, dalla rivendicazione 1.

I vantaggi della presente invenzione risulteranno, inoltre, maggiormente evidenti dalla descrizione dettagliata che segue, la quale è fatta con riferimento ai disegni allegati che rappresentano forme di realizzazione puramente esemplificative e non limitative della stessa invenzione, in cui:

la figura 1 è una schematica rappresentazione dell'apparato conforme all'invenzione;

- la figura 2 è una rappresentazione di alcuni particolari dell'apparato di cui a figura 1.

Con riferimento alle figure degli uniti disegni, in figura 1 con 1 è globalmente individuato un apparato per produzione autonoma di acqua dolce da dissalazione marina preferibilmente, ma non limitativamente, asservito ad un natante.

L'apparato 1 essenzialmente comprende un contenitore 2 a tenuta ermetica, mantenuto in depressione, rispetto alla pressione atmosferica, da idonei mezzi 3 depressori e contenente mezzi 4 vaporizzatori atti a ricevere calore da una sorgente 6 termica esterna, ad alta temperatura; mezzi 7 condensatori atti a cedere calore ad una sorgente 5 termica esterna, a bassa temperatura; ed un serbatoio 8 di raccolta.

II contenitore 2 è alimentato con acqua marina, che : a contatto con i mezzi 4 vaporizzatori, vaporizza; fluisce poi sotto forma di vapore sui mezzi 7 condensatori; si condensa su questi, quindi, priva di sali, si raccoglie successivamente nel serbatoio 8 di raccolta.

Più in particolare, il contenitore 2 è costituito da un corpo 21 di forma cilindrica, allungata, internamente cavo, chiuso alle proprie estremità opposte da due calotte 10, il quale, in uso è orientato verticalmente. Le calotte 10 sono flangiate e sono atte ad interconnettersi a flangie 22 coniugate del corpo 21 con tenuta ermetica, ma con accoppiamento rimovibile allo scopo di potere essere separate dal corpo 21 cilindrico per l'ispezione interna del contenitore 2.

Il contenitore 2 è mantenuto in depressione rispetto alla pressione atmosferica dai citati mezzi 3 depressori che, all'uopo sono provvisti di una pompa 9 da vuoto attestata in prossimità della parte sommitale del contenitore 2, la quale in uso è atta a creare all'interno del contenitore 2 medesimo una pressione assoluta idonea a consentire la vaporizzazione dell'acqua marina riscaldata ad una idonea temperatura dai mezzi 4 vaporizzatori.

I mezzi 4 vaporizzatori sono localizzati in corrispondenza dell' estremità inferiore del contenitore 2. Essi comprendono un circuito 12 scambiatore di calore il quale è operativamente interposto tra la sorgente 6 termica ad elevata temperatura e la parte interna, inferiore, del contenitore 2 che contiene un tratto di tubo 23 avvolto a spirale cilindrica facente parte del circuito 12 scambiatore.

II circuito 12 scambiatore è percorso da un fluido vettore di calore attuato da una miscela di glicole più acqua che, nell'attraversamento della sorgente 6 termica, si riscalda e che, successivamente, trasferisce la maggior parte del calore acquisito ai mezzi 4 vaporizzatori. Questi ultimi, a loro volta, riscaldano l'acqua marina fino ad una temperatura alla quale essa evapora ad una pressione assoluta indicativamente compresa tra 0,07 e 0,20 bar assoluti; pressione, questa, che può essere mantenuta tramite la pompa 9 da vuoto all'interno del contenitore 2.

I mezzi 7 condensatori includono un circuito 11 scambiatore di calore che comprende una serpentina 24 in tubo di rame , percorsa da un fluido vettore di calore, raffreddato dalla sorgente 5 esterna a bassa temperatura attuata dalla stessa acqua marina. La medesima, infatti, viene aspirata direttamente dal mare, mediante una pompa 25 ; poi viene immessa in uno scambiatore 26 a flusso incrociato e quindi scaricata nuovamente a mare.

II circuito 11 scambiatore è percorso anch'esso da un flusso vettore del calore costituito da una miscela di acqua e glicole.

La miscela circolante nel circuito 11 si riscalda all'interno del contenitore 2, a spese del calore di condensazione del vapore d'acqua .transitando attraverso la serpentina 24. Poi , attraversando lo scambiatore 26 a flusso incrociato, la miscela di acqua e glicole si raffredda e quindi ritorna nuovamente nella serpentina 24 ricircolando in continuo nel circuito 11 scambiatore.

Dalla figura 1 è possibile notare che la pompa 9 da vuoto è provvista di presa 27 di aspirazione localizzata nel contenitore 2 in stretta prossimità con i mezzi 7 condensatori. Ciò è voluto allo scopo di minimizzare per la pompa 9 il rischio di aspirare vapori incondensati, che potrebbero danneggiarne il regolare funzionamento.

L'apparato 1 può vantaggiosamente impiegare - quale sorgente 6 termica ad alta temperatura atta a riscaldare il fluido circolante nel circuito 12 scambiatore di calore - il calore di scarico dello stesso propulsore del natante.

Una forma di attuazione alternativa, di preferibile adozione, prevede invece l'impiego di un motore 13 termico autonomo, a combustione esterna - preferìbilmente di gasolio - atto in particolare a trascinare un generatore di corrente elettrica asservito alla ricarica delle convenzionali batterie di accumulatori in dotazione al natante.

Se detto motore 13 termico è attuato da un motore a ciclo Stiiiing questo stesso motore può risultare ancor più vantaggioso sia per la sua efficienza termica in abbinamento con la produzione di energia elettrica, sia per la sua silenziosità di servizio che ne permette l'impiego senza restrizione alcuna.

L'apparato 1 è corredato inoltre: da mezzi 15 sensori (minimo, massimo) per rilevare il grado di immersione dei mezzi 4 vaporizzatori, in relazione con il livello dell'acqua marina effettivamente addotte al contenitore 2; da mezzi 16 sensori previsti per rilevare il livello dell'acqua dissalate all'interno del serbatoio 8 di raccolte; ed infine da mezzi 17 di pompaggio associati al serbatoio 8 di raccolta, per addurre l'acqua dissalate all'esterno del contenitore 2.

L'apparato 1 è corredato infine da mezzi 18 di controllo automatico del funzionamento, schematicamente rappresentati con blocco 18.

Tali mezzi 18 di controllo - in caso di eccesso di liquido segnalato dai mezzi 15 sensori del livello di acqua marina presente nel contenitore 2 -comandano in chiusura un attuatore 19 di alimentazione di acqua marina al contenitore 2. Comandano poi la disattivazione dei mezzi 3 depressori del contenitore 2, ed infine comandano un attuatore 20 di scarico della depressione del contenitore 2 attuato in particolare da una valvola a tre vie.

I mezzi 18 di controllo comandano inoltre, successivamente all'attivazione dell'attuatore 20 di scarico della depressione del contenitore 2, l'attivazione dei mezzi 17 di pompaggio dell'acqua dissalata, in subordine alla indicazione del livello di liquido presente nel serbatoio 8 di raccolta trasmessa loro dai mezzi 16 sensori di livello associati al serbatoio 8 medesimo.

In uso, il funzionamento dell'apparato 1 può essere descritto come segue.

L’aria aspirata ad una temperatura Taa viene preriscaldata da uno scambiatore 28 con i fumi in uscita dal motore 13. Detta aria andrò ad alimentare il motore 13 termico in miscela con il combustibile. Il calore dei fumi, all'uscita dal motore 13 termico, a meno di una dispersione stimabile nell'ordine del 5%, viene inviato ad uno scambiatore 29 compatto a flussi incrociati (aria/acqua) all'interno del quale viene fetta passare la stessa soluzione (acqua-glicole al 30%) utilizzata per il raffreddamento del motore 13. La soluzione, nell'attraversamento del motore 13, acquista calore che sommato a quello recuperato dai fumi rende disponibile una considerevole potenza termica spendibile per effettuare la dissalazione dell’acqua marina.

L’invenzione così concepita è suscettibile di evidente applicazione industriale; può essere altresì oggetto di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; tutti i dettagli possono essere sostituiti, inoltre, da elementi tecnicamente equivalenti.

Claims (22)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato per produzione autonoma almeno di acqua dolce da dissalazione marina, caratterizzato dal fatto di comprendere un contenitore (2) a tenuta ermetica, mantenuto in depressione, rispetto alla pressione atmosferica, da idonei mezzi (3) depressori, e contenente mezzi (4) vaporizzatori atti a ricevere calore da una sorgente (6) termica esterna; mezzi (7) condensatori atti a cedere calore ad una sorgente (5) termica esterna; ed un serbatoio (8) di raccolta; detto contenitore (2) essendo alimentato con acqua marina, che a contatto con i mezzi (4) vaporizzatori: vaporizza, fluisce sotto forma di vapore sui mezzi (7) condensatori, si condensa, e si raccoglie successivamente nel serbatoio (8) di raccolta.
2. 2. Apparato, secondo la rivendicazione 1, caraterizzato dal fato che detto contenitore (2) è mantenuto ad una pressione idonea alla vaporizzazione dell'acqua marina alla temperatura resa disponibile dai mezzi (4) vaporizzatori.
3. 3. Apparato, secondo le rivendicazioni 1 o 2, caraterizzato dal fato che detta pressione è scelta in un campo di pressioni assolute comprese tra 0,07 e 0,13 bar assoluti.
4. 4. Apparato, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fato che i mezzi (3) depressori comprendono una pompa (9) da vuoto.
5. 5. Apparato, secondo la rivendicazione 4, caraterizzato dal fato che la pompa (9) da vuoto è localizzata in prossimità dei mezzi (7) condensatori, in posizione atta a ricevere un quantitativo minimo di vapori incondensati.
6. 6. Apparato, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detto contenitore (2) ha forma cilindrica allungata, i mezzi (4) vaporizzatori ed i mezzi (7) condensatori essendo localizzati, rispettivamente, in corrispondenza delle opposte estremità di detta forma cilindrica.
7. 7. Apparato, secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto contenitore (2) è provvisto di calotte (10) di estremità asportabili per ispezione interna.
8. 8. Apparato, secondo la rivendicazione 1 o 6, caratterizzato dal fatto che detti mezzi (4) vaporizzatori includono un circuito (12) scambiatore di calore percorso da un fluido vettore di calore, riscaldato da detta sorgente (6) esterna.
9. 9. Apparato, secondo la rivendicazione 1 o 6, caratterizzato dal fato che detti mezzi (7) condensatori includono un circuito (11) scambiatore di calore percorso da un fluido vettore di calore, raffreddato da detta sorgente (5) esterna.
10. 10. Apparato, secondo la rivendicazione 8 o 9, caratterizzato dal fatto che detti fluidi vettore di calore comprendono una miscela di acqua e glicole.
11. 11. Apparato, secondo la rivendicazione 1 o 8, caratterizzato dal fatto che la sorgente (6) termica riscaldante detti mezzi (4) vaporizzatori comprende un motore (13) termico, a combustione, almeno una parte del calore di scarico del quale è addotta ai mezzi (4) vaporizzatori.
12. 12. Apparato, secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detto motore (13) termico è un motore a combustione esterna.
13. 13. Apparato, secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detto motore (13) termico è un motore a ciclo Stirling.
14. 14. Apparato, secondo la rivendicazione 11 o 12 o 13, caratterizzato dal fatto che detto motore (13) termico è asservito alla generazione di energia elettrica.
15. 15. Apparato, secondo la rivendicazione 1 , o 9, caratterizzato dal fato che la sorgente (5) termica raffreddante i mezzi (7) condensatori comprende uno scambiatore (26) di calore percorso da acqua marina.
16. 16. Apparato, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi (15) sensori per rilevare il grado di immersione dei mezzi (4) vaporizzatori in relazione con il livello dell'acqua marina addotta al contenitore (2).
17. 17. Apparato, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fato di comprendere mezzi (16) sensori per rilevare il livello dell'acqua dissalata all'interno del serbatoio (8) di raccolta.
18. 18. Apparato, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fato di comprendere mezzi (17) di pompaggio associati al serbatoio (8) di raccolta, per addurre l'acqua dissalata all'esterno del contenitore (2).
19. 19. Apparato, secondo la rivendicazione 1 e 16 e 17 e 18, caratterizzato dal fato di comprendere mezzi (18) di controllo che, in caso di eccesso di liquido segnalato dai mezzi (15) sensori, comandano in chiusura un attuatore (19) di alimentazione del contenitore (2) con acqua marina; comandano la disattivazione dei mezzi (3) depressori del contenitore (2); e comandano un attuatore (20) di scarico della depressione del contenitore (2).
20. 20. Apparato, secondo la rivendicazione 19, caraterizzato dal fato che detti mezzi (18) di controllo comandano, successivamente all'attuazione dell'attuatore (20) di scarico della depressione del contenitore (2), l'attivazione dei mezzi (17) di pompaggio dell'acqua dissalata.
21. 21. Apparato, secondo la rivendicazione 19, caraterizzato dal fatto che detti mezzi (18) di controllo comandano la disattivazione dei mezzi (17) di pompaggio dell'acqua dissalata, su indicazione dei mezzi (16) sensori di livello assodati al serbatoio (8) di raccolta.
22. 22. Apparato secondo una delle precedenti rivendicazioni, caraterizzato dal fatto di essere asservito ad un natante.